[发明专利]一种开采天然气水合物的实验模拟装置及方法

摘要

本发明公开了一种开采天然气水合物的实验模拟装置及方法，所述实验模拟装置包括稳压供气供液模块、反应器、控制模块、数据测量模块、数据采集及处理模块；所述方法是在水合物生成之后将未反应的气体等压排出，然后将水合物压缩成致密的水合物片，在水合物片的一侧通入CO₂气体，另一侧进行降压，实现了CO₂置换和降压两种开采天然气水合物的方法结合。本发明既克服了CO₂置换开采天然气水合物效率低，速率慢等缺点，又解决了降压开采天然气水合物可能引起地质灾害的难题，提高了天然气水合物开采的效率，并且结构简单，成本低。

主权项

一种开采天然气水合物的实验模拟装置，其特征在于：包括稳压供气供液模块、反应器(8)、控制模块、数据测量模块、数据采集及处理模块，其中：  所述反应器(8)包括釜体(48)、与釜体(48)内壁密封配合且能上下移动的活塞(37)、连接设置于釜体(48)顶部的釜盖(47)，支撑设置于釜体(48)底部的支架(12)，所述釜盖(47)上设置有可接至釜体(48)内腔的压力检测接口(44)、气体进出口(45)、温度检测接口(46)，所述釜体(48)内腔靠近釜盖(47)的一端装有微孔过滤片(35)，所述活塞(37)上设置温度传感器(38)和单向阀(36)，所述单向阀(36)的输入端依次连接硬质管线(42)和延伸至釜体(48)外的高压软管(40)，所述硬质管线(42)的外壁与设置于釜体(48)底部的CO₂进气口(10)的内壁滑动配合且始终保持密封，所述第三温度传感器(38)一端固定在活塞(37)下端面上，随活塞(37)来回运动，另一端连接有耐压套管(39)，所述第三温度传感器(38)的信号传输线(41)设置在耐压套管(39)内，所述耐压套管(39)与设置于釜体(48)底部的套管接口(43)的内壁滑动配合且始终保持密封，所述釜体(48)底部的侧壁上还设置有注液口(11)；所述稳压供气供液模块包括CH₄气瓶(32)、CH₄减压阀(31)、CO₂气瓶(1)、连CO₂减压阀(2)、缓冲罐(5)、第七阀门(30)、液压表(14)、第二阀门(13)、手摇泵(17)，CH₄气瓶(32)内的CH₄依次经过CH₄减压阀(31)、第七阀门(30)、第四阀门(21)连接到反应器(8)的气体进出口(45)，CO₂气瓶(1)内的CO₂气体依次经过CO₂减压阀(2)、质量流量计(3)进入到缓冲罐(5)，所述缓冲罐(5)的输出端通过管路依次连接第一阀门(7)和高压软管(40)，为反应提供稳定的气源，所述手摇泵(17)的输出端通过第二阀门(13)连接注液口(11)；所述数据测量模块包括第一温度传感器(6)、第二温度传感器(9)、第一压力传感器(18)、第二压力传感器(19)、第三压力传感器(20)、质量流量计(3)、湿式流量计(27)，气相色谱(24)、第一压力表(25)、第二压力表(29)、液压表(14)、量杯(15)；所述质量流量计(3)设置在CO₂减压阀(2)和缓冲罐(5)输入口之间的管路上；所述湿式流量计(27)连接在回压阀(26)和第六阀门(28)之间的管路上，用于测量注入到反应器(8)底部的液体量的量杯(15)通过第三阀门(16)连接手摇泵(17)；所述气相色谱(24)通过第五阀门(22)连接在第四阀门(21)和第七阀门(30)之间的管路上，所述第一压力传感器(18)连接缓冲罐(5)的输出口，所述第二压力传感器(19)连接反应器(8)的压力检测接口(44)，所述第三压力传感器(20)连接在第一阀门(7)和高压软管(40)之间的管路上；所述第一温度传感器(6)连接在缓冲罐(5)的温度测量接口上，所述第二温度传感器(9)连接在反应器(8)的温度检测接口(46)上，所述第一压力表(25)设置在回压阀(26)输入端的管路上，所述第二压力表(29)设置在第七阀门(30)和第四阀门(21)之间的管路上；所述数据采集及处理模块包括数据采集仪(33)和电脑(34)，所述第一温度传感器(6)、第二温度传感器(9)、第三温度传感器(38)、第一压力传感器(18)、第二压力传感器(19)、第三压力传感器(20)均通过信号线连接数据采集仪(33)，所述数据采集仪(33)连接着电脑(34)，在电脑(34)上显出各个温度和压力的读数；所述控制模块分为环境控制单元和压力控制单元，包括用于控制环境温度的低温恒温槽(4)和用于控制压力的回压阀(26)及真空泵(23)，所述缓冲罐(5)和反应器(8)置于低温恒温槽(4)内，恒温槽内装有乙醇溶液，通过制冷和循环保持环境温度恒定；所述回压阀(26)的输入端连接在第四阀门(21)和第七阀门(30)之间的管路上，控制反应器(8)出口压力恒定，所述回压阀(26)的输出端通过管路连接第六阀门(28)，所述真空泵(23)连接在第五阀门(22)和气相色谱(24)之间的管路上。