[发明专利]海洋天然气水合物成藏-开发模拟实验系统及方法

说明书

本发明涉及海洋天然气水合物成藏‑开发模拟实验系统，由流体注入部分、水合物合成/分解部分和采出流体计量部分组成，流体注入部分包括高压驱替泵、天然气瓶、中间容器和海水储罐；水合物合成/分解部分包括高低温试验箱、高压反应釜、模拟直井管线、模拟水平井管线、温度传感器、压力传感器、计算机，高压反应釜位于高低温试验箱中，在釜体端盖和壁面均布置流体注入和采出的接口，压力传感器、温度传感器通过引出导线与计算机相连；采出流体计量部分包括回压阀、气液分离器、量筒、气量计。利用该系统可进行海洋天然气水合物藏合成模拟或开采海洋天然气水合物等实验。本发明操作简便，能够为海洋天然气水合物藏开发技术评价和建立提供重要支持。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物开发领域，特别是涉及海洋天然气水合物成藏-开发模拟实验系统及方法。

背景技术

天然气水合物是由水和烃类（主要为甲烷）、非烃类（CO₂、H₂S）小分子气体在低温高压条件下形成的一种类似冰状非化学计量的笼型晶体化合物。天然气水合物多数分布在永久冻土带以及深海浅层处，现如今全世界已探明天然气水合物总储量约为现有天然气、石油储量的两倍，仅我国南海海域已探明天然气水合物储量就已达到649700亿m³，在标准状况下，1m³的天然气水合物可释放出150～200m³的天然气。由于其具有分布广、储量大和高储气性等特点，天然气水合物有望成为继石油、页岩气、致密气、煤层气等之后的接替能源。

相比于常规油气储层形式，海洋天然气水合物赋存环境具有埋深浅、弱胶结、大多无致密盖层及发育完备的生储盖等特点，根据海洋天然气水合物的储层形式，可将其分为成岩天然气水合物和非成岩天然气水合物。另外，海洋天然气水合物在开采过程中，储层内部水合物会发生相变，由原来的固相变成气相和水相。气水多相渗流并伴随气水砂运移及外部环境传热过程还未完全探明，同时开采过程中因砂质胶结水合物分解带来沉积层力学特性变化仍是导致水合物不能安全开采的主要问题之一。

已报道水合物藏资源开发方法主要有以下5种：降压开采法、热激发开采法、化学抑制剂开采法、CO₂置换开采法及海底挖掘开采法，这些方法各有优劣。降压法是通过降低天然气水合物储层压力促使其分解的一种方法。降压法不需要连续激发，适合大面积开采且成本低，是天然气水合物开采中最具有前景的方法。相比于降压法，热激发开采、化学抑制剂开采与海底采掘开采的方法成本较高。如何有效规避不同方法的缺点，甚至将多种方法有效耦合起来是目前的研究趋势，这就需要合理的室内评价实验系统。目前有文献报道的一系列水合物成藏模拟实验系统，都是采用高压釜作为天然气水合物合成和分解的场所，研究过程从高压釜顶部或底部进气合成天然气水合物储层，水合物合成完毕后从高压釜顶部或底部降压、注剂等开采。高压反应釜与海底沉积层不同，反应釜中沉积层内孔隙水无法自由流动，使得注入的天然气相对渗透率很低，天然气注入高压釜后只能首先在沉积层表面与水生成天然气水合物，而天然气水合物的生成会进一步降低天然气在沉积层中的渗流能力，使得生成的天然气水合物在沉积层中不均匀，水生成水合物转化率低。郎雪梅（郎雪梅,操原,樊栓狮,王燕鸿. 一种天然气水合物生成与置换的方法及装置[P].CN106544070A,2017-03-29）等提出首先让含水沉积固体颗粒冷冻，让水均匀分散在固体颗粒之间再注入天然气，这样能合成分布较均匀的水合物储层，但冰与天然气结合生成天然气水合物速度非常低。而直接从高压釜顶部或底部降压、注剂等开采水合物无法有效模拟实际过程开发井打在储层内部这一事实。且目前已报道实验系统基本都没有考虑水合物开发过程水侵特征的影响。为此，研发更具有代表性的海洋天然气水合物成藏-开发模拟实验系统及方法对促进水合物资源开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋天然气水合物成藏-开发模拟实验系统，该实验系统结构合理、操作灵活性高，能满足天然气水合物藏高效快速合成、模拟直井开采、模拟水平井开采、模拟直井-水平井联合开采、模拟水合物藏开采过程不同部位水侵特征等，为海洋天然气水合物藏开发技术评价和建立提供重要支持。