[发明专利]海域天然气水合物自入式开采模拟试验装置及其试验方法

说明书

本发明提供一种海域天然气水合物自入式开采模拟试验装置及其试验方法，包括内部设置有海水、模拟海床和模拟天然气水合物储层的高压试验箱，所述高压试验箱内部设置有由高压试验箱外部冲入模拟天然气水合物储层内的模拟自入结构体，所述模拟自入结构体由发射装置驱动射出。本发明设计合理，构造简单，能够模拟开采装置贯入、天然气水合物开采和开采装置回收，可以真实模拟海域天然气水合物自入式开采方法的开采过程，对研究海域天然气水合物自入式开采装置的适用性、开采效率和作用范围等具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种海域天然气水合物自入式开采模拟试验装置及其试验方法。

背景技术

天然气水合物是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。燃烧后的可燃冰只会生成少量的二氧化碳和水，比起煤、石油等传统能源，污染程度显著降低且能量高出10倍。所含有机碳资源总量相当于全球已知煤、石油和天然气总量的2倍，被国际公认为石油、天然气的接替能源。

天然气水合物开采技术大体上可分为：降压法、注热法、化学剂法、二氧化碳置换开采法和固态流化法，这些开采方式要求水合物储层上覆层为密闭盖层，具有良好的密闭性，有一定厚度且结构坚实，但这些开采方法都不能精准有效地控制水合物的分解速度以及开采范围，可能引发海洋地质环境灾害，以现有技术开采天然气水合物的成本及其昂贵。

现阶段通过数值模拟的角度对天然气水合物开采技术的进行了评估分析，为优选最佳开采方法提供了参考。然而，如果离开试验模拟，在目前现场试采数据有限的情况下，很难验证模拟结果的准确性，也无法解释天然气水合物开采措施的作用机理。因此天然气水合物开采过程仿真模拟试验技术，在水合物开采理论与技术基础研究方面具有不可替代的作用。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种海域天然气水合物自入式开采模拟试验装置及其试验方法，结构简单且使用方便，能够模拟开采装置贯入、天然气水合物开采和开采装置回收，可以真实模拟海域天然气水合物自入式开采方法的开采过程，对研究海域天然气水合物自入式开采装置的适用性、开采效率和作用范围具有重要意义。

本发明的具体实施方案是这样构成的，它包括内部设置有海水、模拟海床和模拟天然气水合物储层的高压试验箱，所述高压试验箱内部设置有由高压试验箱外部冲入模拟天然气水合物储层内的模拟自入结构体，所述模拟自入结构体由发射装置驱动射出。

进一步的，所述模拟自入结构体中部设置有空腔，模拟自入结构体包括由上至下依次设置的连接构件、主体构件、位于主体构件上部两侧的侧翼和位于主体构件下部的头部构件；所述头部构件下部设有尖锐部。

进一步的，所述主体构件包括由空腔两侧分别向外侧依次设置的内侧透水防护构件、防砂装置以及外侧透水防护构件，所述主体构件上方的空腔开口处设置有过电缆封隔器，所述主体构件下部设有端头构件，所述端头构件与头部构件连接。

进一步的，所述高压试验箱上方设置有气液采集系统，所述气液采集系统由储水系统和储气系统组成，所述储气系统包括依次设置的储气罐、气体压缩装置、气体干燥装置、第一流量监测器以及输气管，所述输气管上端依次经第一流量监测器、气体干燥装置、气体压缩装置与储气罐相连接，所述输气管下端与模拟自入结构体内部的空腔顶部连接；所述储水系统包括依次设置的储水罐、水泵、第二流量监测器及输水管，所述输水管下端延伸至模拟自入结构体中部的空腔内底部且输水管下端设有气液分离装置，所述输水管上端依次经第二流量监测器、水泵与储水罐连接，用以将模拟自入结构体空腔内的液体抽至储水罐内。

进一步的，所述发射装置包括弹射装置和竖向拉拔系统，所述弹射装置用以给予模拟自入结构体下坠一定的初速度，使模拟自入结构体达到指定深度；所述竖向拉拔系统包括升降系统和缆线，所述缆线上方与升降系统连接，所述缆线下端与模拟自入结构体顶部连接。