[发明专利]一种天然气水合物开采试验方法及试验装置

权利要求书

1.一种天然气水合物开采试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据目标区域含水合物沉积物储层的压力和环境温度，同时基于甲烷水合物的相平衡曲线设计不同降压梯度P_G、不同降压速率v_G至目标井底流压P_B；

S2：采用高压反应釜制备甲烷水合物并以梯级升温的方式将所述甲烷水合物从生成温度T₁逐步升至开采温度T_w，所述开采温度是所述目标区域含水合物沉积物储层的所述环境温度T_w；

S3：待所述高压反应釜温度完全平衡后，依次根据预先设计的所述降压梯度和所述降压速率控制PID电子控制器的降压步长和控制器的比例P、积分I和微分D，将所述高压反应釜的开采井口处的压力以所述降压梯度和所述降压速率降至所述目标井底流压并实时开采；

S4：分别收集降压开采过程中产出的甲烷气与水，获取气液产出量及所述高压反应釜内甲烷水合物、水、甲烷气三相的饱和度，确定开采所述目标区域含水合物沉积物储层的所述降压梯度、所述降压速率和所述目标井底流压。

2.如权利要求1所述的天然气水合物开采试验方法，其特征在于，根据所述目标区域含水合物沉积物储层距海平面深度计算沉积物孔隙水压P_w：

P_w＝P_atm+ρ_Agh×10^-6

其中，P_atm为大气压力，单位为MPa；ρ_A为海水的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，单位为m/s²；h为海底沉积物距海平面的深度，单位为m；

根据所述目标区域含水合物沉积物储层距海平面的深度计算所述环境温度T_w：

T_w＝a×h^b

其中，h为海底沉积物距海平面的深度，单位为m；a和b为目标水合物沉积物储层温度经验参数；

将所述开采温度稳定于所述环境温度T_w后，根据甲烷水合物相平衡曲线将所述目标区域含水合物沉积物储层孔隙水压力P_w从甲烷水合物稳定区按照设计的所述降压梯度P_G、所述降压速率v_G降至所述目标井底流压P_B。

3.如权利要求2所述的天然气水合物开采试验方法，其特征在于，所述开采温度为所述目标区域含水合物沉积物储层的所述环境温度T_w，降压开采前以温度梯度(T_w-T₁)/n，分n步将所述甲烷水合物从生成温度T₁逐步升至所述开采温度T_w；

其中，n为正整数且取值范围为2-5。

4.如权利要求3所述的天然气水合物开采试验方法，其特征在于，控制PID电子控制器的降压步长和控制器的比例P、积分I和微分D，通过下式实现将所述高压反应釜的开采井口处的压力以所述降压速率和所述降压梯度降至所述目标井底流压：

其中，K_p为比例系数，T_i为积分时间常数，T_d为微分时间常数，e(t)为所述目标井底流压与所述高压反应釜的开采井口处的压力的偏差值；K_i＝K_p/T_i为积分系数，K_d＝K_d/T_d为微分系数；

K_pe(t)为比例项，即成比例地调节所述高压反应釜的开采井口处的压力与所述目标井底流压的偏差值；

为积分项，利用积分对所述高压反应釜的开采井口处的压力与所述目标井底流压的稳态误差进行累加，增大偏差值，进而消除稳态误差；

为微分项，反映为偏差信号的变化速率，用于减少由积分增大偏差值导致的所述高压反应釜的开采井口处的压力低于所述目标井底流压的情况。