[发明专利]一种海洋天然气水合物储层重塑与开采装置

说明书

本发明属于属于海洋水合物样品模拟技术领域，提供一种海洋天然气水合物储层重塑与开采装置。该装置包括覆层压力控制系统、水合物开采系统、水合物储藏系统、供气系统、供水系统、温控系统、数据采集系统，通过覆层压力控制系统中的外升降杆带动水合物储层的盖层运动，以模拟不同的水深对水合物储层作用力；通过水合物开采系统中的第二导向驱动螺筒带动井筒上下运动来调节井筒穿入深度，能模拟不同的开采井高度并避免水合物生成时沿着井筒生长现象；通过改变围层的孔隙结构，可以模拟不同渗透性的围层。本发明可以有效、准确的模拟水合物储层真实的赋存条件，为天然气水合物的实际开采提供理论和实验支撑。

技术领域

本发明属于海洋水合物样品模拟技术领域，更具体的涉及一种海洋天然气水合物储层重塑与开采装置。

背景技术

天然气水合物是一种分布范围广、规模大、能量密度高的新型高效清洁能源，是未来可实现商业开发的重要天然气资源，主要蕴藏在海底沉积物和永久冻土层中。然而，海洋天然气水合物不同于常规油气资源，固态成藏且条件复杂，一般分布在海床数百米以下的海洋沉积物中，具有高压、低渗的特点。

现阶段，由于海洋天然气水合物开采难度大，完整的开采技术尚未成熟，仍需要对其进行大量的实验室模拟研究，以加快正式开采的步伐。目前，全世界绝大多数的水合物实验室所拥有的天然气水合物模拟系统大都只是简单的压力容器，不能较为真实的反应海底实际的赋存环境，不是对海洋天然气水合物赋存状态的真实模拟。此外，在实验室里模拟天然气水合物分解过程前，不可避免的要在反应容器中预先生成天然气水合物，然而由于开采井筒的不可移动性，使得天然气水合物在反应容器中生成时会沿着井筒生长，造成天然气水合物生成不够均匀。因此，本领域内急需一种能够模拟海洋天然气水合物真实赋存状态的装置，并且能够排除天然气水合物在生成过程中，井筒对天然气水合物生成不均匀的影响，便于本领域技术人员探究真实水合物赋存环境下的天然气水合物分解过程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种海洋天然气水合物储层重塑与开采装置，该装置能够有效、准确的模拟特定的天然气水合物储层上覆层压力、天然气水合物降压开采的压力，能够模拟不同渗透性的围层，还能够灵活的调整开采井筒伸入水合物储层的高度，通过仅在分解过程中将井筒伸入天然气水合物储层进行开采，避免了井筒的存在对水合物生成不均匀的影响，从而使天然气水合物模拟的实验条件更接近自然界条件，为天然气水合物的实际开采提供理论和实验支撑。

本发明的技术方案：

一种海洋天然气水合物储层重塑与开采装置，包括覆层压力控制系统、水合物开采系统、水合物储藏系统、供气系统、供水系统、温控系统、数据采集系统；

覆层压力控制系统包括第一电机、第一齿轮、第一螺钉、卡簧、铜套、外升降杆、外导向杆、第一导向驱动螺筒、盖层、大螺母、力传感器、上板件；外导向杆下部竖直固定在水合物储藏系统的保温壳体上，上部通过第一螺钉与上板件固定；外升降杆通过铜套滑动套接在外导向杆上，并通过卡簧固位，防止上下滑动，外升降杆的底部与盖层之间还接有力传感器；第一电机通过支架固定在下方的上板件上，第一齿轮固定在第一电机的输出轴上，第一电机和第一齿轮可以跟随上板件上下升降运动。第一齿轮与第一导向驱动螺筒上部外侧的齿相啮合，第一导向驱动螺筒外侧的螺纹与外升降杆构成螺纹副，第一导向驱动螺筒通过大螺母固位；上板件固定在外导向杆和第一导向驱动螺筒的顶部，外导向杆的底部固定在保温壳体上；当第一电机启动时，其上的第一齿轮可驱动第一导向驱动螺筒绕其轴向方向转动，由于大螺母固定不动，所以第一导向驱动螺筒能够带动外升降杆沿着外导向杆高度方向上下升降运动。盖层材料为不锈钢，至少能承载30MPa的上覆层压力，当盖层与水合物储藏系统的储藏室中的储层相接触时，外升降杆如继续下降，则会在水合物储层上施加不同的覆层压力，同时力传感器能够实时监测到施加覆层压力的大小。