[发明专利]一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟方法与装置

摘要

本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟方法与装置。本发明针对目前水合物开采过程所存在的不足，基于水流动对水合物稳定存在的影响，利用水流动过程中引起的水合物相与环境水相之间的化学势差所导致的水合物的分解，以及水流动速度对水合物分解速度快慢的影响，结合降压开采法、注热开采法等其他水合物开发方法，提供了一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟方法与装置。本发明为实现水合物的安全高效开采提供了依据，同时，对于天然气水合物开采方法的后续研究具有重要的意义。

主权项

1.一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟装置，其特征在于，包括生成反应系统、注入系统、分离收集系统和检测与数据采集系统四部分；所述的生成反应系统包括反应釜(3)、砂土过滤器(10)和第一恒温水浴(13-1)；所述的反应釜(3)置于第一恒温水浴(13-1)中，反应釜(3)为两端带有凸台结构的圆柱体，便于实现水合物的轴向流动，用于天然气水合物的生成，进而模拟天然气水合物储层；所述的砂土过滤器(10)共两个，分别安装与反应釜(3)两端相连，防止生成过程以及水流动过程中的砂土泄露，对管道产生堵塞，影响实验结果的测量；所述的第一恒温水浴(13-1)为水合物的生成提供稳定的低温环境；所述的注入系统包括高精度注气泵(1-1)、高精度注水泵(1-2)、气源(2)、第一单向针阀(12-1)、第二单向针阀(12-2)、第三单向针阀(12-3)、第四单向针阀(12-4)和第二恒温水浴(13-2)；所述的气源(2)通过第一单向针阀(12-1)进入高精度注气泵(1-1)中；所述的高精度注气泵(1-1)与高精度注水泵(1-2)分别通过第二单向针阀(12-2)与第三单向针阀(12-3)汇集于第四单向针阀(12-4)，再与反应釜(3)的进口端相连；水合物生成所需要的水由高精度注水泵(1-2)提供，水合物生成所需要的甲烷气体由高精度注气泵(1-1)提供；所述的第二恒温水浴(13-2)为高精度注气泵(1-1)与高精度注水泵(1-2)提供恒定的温度条件；在水合物生成完后，通过调节第二恒温水浴(13-2)以改变高精度注水泵(1-2)内水的温度，并利用泵自身的压力速度调节模式将水连续不断的注入反应釜(3)中；所述的分离收集系统包括气水分离装置(4)、高精度背压泵(1-3)、背压阀(6)、循环水泵(15)、第五单向针阀(12-5)、第六单向针阀(12-6)、第七单向针阀(12-7)、第八单向针阀(12-8)和第九单向针阀(12-9)；所述的气水分离装置(4)为水套循环降温式装置，在气水分离装置(4)外包有外嵌的水套，通过外接的水浴循环实现水流动实验过程中水的循环再利用，气水分离装置(4)的气水进口通过第五单向针阀(12-5)连接在反应釜(3)的出口位置处，用于分离水流侵蚀过程中的水与水合物分解产生的分解气；所述的循环水泵(15)两端通过第八单向针阀(12-8)和第九单向针阀(12-9)分别连接到气水分离装置(4)的出水口以及反应釜(3)的入口，实现实验过程中的水循环利用；所述的高精度背压泵(1-3)通过第六单向针阀(12-6)连接在气水分离装置(4)的出水口，用于控制实验过程中反应釜(3)内的压力并存取水流动过程中的产水，便于计算；所述的背压阀(6)通过第七单向针阀(12-7)连接在气水分离装置(4)的出气口处；在进行连续水流动时，将高精度背压泵(1-3)与背压阀(6)调节至反应釜(3)内的压力，保证消除开采过程中温度与压力变化的影响；所述的检测与数据采集系统包括高精度温度传感器(11)、高精度进口压力传感器(9)、高精度出口压力传感器(14)、高精度气体流量计(5)、数据采集模块(8)和信息采集保存系统(7)；所述的高精度压力传感器(9)和高精度出口压力传感器(14)分别与砂土过滤器(10)连接，用于采集反应釜(3)内部压力变化情况，以及水流动过程中反应釜(3)进出口两端的压力变化情况，得到压差数据；所述的高精度温度传感器(11)共五个，沿反应釜(3)的轴线方向等距的安装在反应釜(3)的釜体内，用于采集水合物生成过程以及水流动过程中反应釜(3)内部的温度变化；所述的数据采集模块(8)，一端与高精度温度传感器(11)连接，另一端与信息采集保存系统(7)连接；所述的信息采集保存系统(7)还与背压阀(6)连接；高精度温度传感器(11)和高精度压力传感器(9)得到的温度压力信号通过数据采集模块(8)转变成数字信号并保存显示在信息采集保存系统(7)中；所述的高精度气体流量计(5)连接在气水分离装置(4)与背压阀(6)之间，通过第七单向针阀(12-7)控制气体流量；在持续水流动开始之前，打开背压阀(6)并调节背压后，打开第七单向针阀(12-7)，实现水流动的过程中的保压，并通过高精度气体流量计(5)记录产气量。