[发明专利]射流法原位开采天然气水合物的加压试验装置与方法

摘要

射流法原位开采天然气水合物的加压试验装置与方法，涉及海洋天然气水合物开发领域，装置包括注入系统、射流破碎系统、环压系统、轴压系统、回压系统、真空系统、模拟系统、采集处理系统及计量系统，通过控制管路上的管阀件，各个系统都可以独立运行；装置的围压加载独立于轴压加载，相互之间无干扰；同时，通过摄像机能够实时观测含天然气水合物沉积物的射流破碎过程，本发明的装置及方法可以模拟海底原位含天然气水合物地层的真实围压、轴压条件和淹没环境，提供真实可靠的数据，为海洋天然气水合物的开采提供理论支撑。

主权项

1.射流法原位开采天然气水合物的加压试验装置，其特征在于，该装置包括：注入系统、射流破碎系统、环压系统、轴压系统、回压系统、真空系统、模拟系统、采集处理系统及计量系统；所述注入系统、轴压系统及真空系统通过进气管道与三通阀(17)的进气口连接，同时三通阀(17)的两个出气口分别通过注气管道(34)、轴压管道(37)与模拟系统连通，且在注气管道(34)上设置有压力传感器Ⅰ(1801)及管阀件Ⅰ(401)，注入系统用于向模拟系统内注入用于合成天然气水合物的甲烷气体，并使甲烷气体增压至满足合成天然气水合物所需的压力条件，注入系统包括甲烷气瓶(1)、减压阀(2)、管阀件Ⅱ(402)、调压阀Ⅰ(301)、增压泵(5)、空压机(7)、缓冲容器(9)、气体流量控制计(11)、单向阀(12)及管阀件Ⅲ(403)，所述甲烷气瓶(1)通过第一管路连接至进气管道上，于第一管路上顺次设置有减压阀(2)、管阀件Ⅱ(402)、调压阀Ⅰ(301)、气体流量控制计(11)、单向阀(12)及管阀件Ⅲ(403)；所述增压泵(5)的进气端通过第二管路与空压机(7)连接，并在第二管路上设置有调压阀Ⅱ(302)，增压泵(5)的出气端分别通过第三管路及第四管路连接到第一管路上，第三管路与第一管路的连接处位于减压阀(2)与管阀件Ⅱ(402)之间，同时第三管路上设置有管阀件Ⅳ(404)，第四管路与第一管路的连接处位于管阀件Ⅱ(402)与调压阀Ⅰ(301)之间，于第四管路上设置有管阀件Ⅴ(405)及管阀件Ⅵ(406)；所述缓冲容器(9)上设置有压力表(15)，缓冲容器(9)通过第五管路与第四管路连接，且第五管路与第四管路的连接处位于管阀件Ⅴ(405)及管阀件Ⅵ(406)之间；所述射流破碎系统通过射流管(31)与模拟系统连通，射流破碎系统用于向模拟系统喷射破碎模拟系统内部已形成的天然气水合物沉积物的高压水流，射流破碎系统包括射流泵(20)、射流管(31)、射流喷嘴(32)及升降机构(30)，射流泵(20)与射流管(31)连接，且在射流泵(20)与射流管(31)之间设置有管阀件Ⅶ(407)；射流管(31)穿过模拟系统的可视试验仓(28)顶部延伸至其内部，射流管(31)固定在升降机构(30)上，射流管(31)的射流端安装有射流喷嘴(32)；所述环压系统与设置在可视试验仓(28)上的环压孔(38)连通，环压系统用于向所述模拟系统提供海底天然气水合物沉积层原位的围压；环压系统包括环压泵(27)及环压胶套(33)，环压泵(27)通过管线与环压胶套(33)连通，在该管线上设置有压力传感器Ⅱ(1802)和管阀件Ⅷ(408)；所述环压胶套(33)设置在可视试验仓(28)内部，环压胶套(33)与前端盖(46)、可视窗(43)之间的缝隙内设置有密封条(40)和密封圈(41)；所述轴压系统与模拟系统连通，轴压系统用于向所述模拟系统提供海底天然气水合物沉积层原位的轴压；轴压系统包括平流泵(13)、轴压通道(37)、轴压加载室(35)、加载轴(39)及压力板(42)，所述平流泵(13)通过第六管路连接至进气管道上，且在第六管路上设置有管阀件Ⅸ(409)；所述轴压通道(37)与设置在后端盖(36)内部的轴压加载室(35)连通；所述加载轴(39)一端设置在轴压加载室(35)内部，加载轴(39)的另一端穿过后端盖(36)延伸至可视试验仓仓体内部与压力板(42)连接；所述压力板(42)与环压胶套(33)之间、加载轴(39)与环压胶套(33)之间、加载轴(39)与后端盖(36)之间及轴压加载室(35)与后端盖(36)之间的缝隙处均设置有密封条(40)和密封圈(41)；所述回压系统包括导气管、回压阀(21)、回压泵(22)和回压缓冲容器(10)，导气管的一端与射流管(31)连通，导气管的另一端与回压缓冲容器(10)连通，在导气管上设置有回压阀(21)、管阀件Ⅹ(410)及压力传感器Ⅲ(1803)，所述回压缓冲容器(10)与回压泵(22)连通，并在回压缓冲容器(10)与回压泵(22)之间设置有管阀件Ⅺ(411)；所述真空系统包括真空表(14)、真空容器(16)与真空泵(8)，真空容器(16)的一端与真空泵(8)连接，真空容器(16)的另一端通过第七管路连接至进气管道上，于第七管路上依次设置有管阀件Ⅻ(412)、安全阀(19)及压力传感器Ⅳ(1804)，所述真空表(14)设置在真空容器(16)上；所述采集处理系统包括压力传感器Ⅰ(1801)、压力传感器Ⅱ(1802)、压力传感器Ⅲ(1803)、压力传感器Ⅳ(1804)、温度传感器(29)及控制终端(6)，压力传感器Ⅰ(1801)、压力传感器Ⅱ(1802)、压力传感器Ⅲ(1803)、压力传感器Ⅳ(1804)及温度传感器(29)均与控制终端(6)通信连接；所述计量系统包括干燥器(23)、三相分离器(24)及微量气体计量装置(26)，所述三相分离器(24)与导气管连通，三相分离器(24)的顶部出气端与微量气体计量装置(26)连通，并在三相分离器(24)与微量气体计量装置(26)之间设置有干燥器(23)；所述模拟系统包括恒温箱(25)、可视试验仓(28)、翻转支座(45)及摄像机(47)，所述翻转支座(45)设置在恒温箱(25)的内顶部；所述可视试验仓(28)安装在翻转支座(45)上，可视试验仓(28)包括可视试验仓仓体、前端盖(46)及后端盖(36)，所述前端盖(46)通过密封阀(44)紧固在可视试验仓仓体的前端，且在前端盖(46)上设置有可视窗(43)；所述后端盖(36)通过密封阀(44)紧固在可视试验仓仓体的后端；所述摄像机(47)置于可视试验仓(28)外部，且其正对可视窗(43)设置。