一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置，属于利用储层改造技术开发海洋水合物研究领域，装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，可视试验仓系统分别与注入系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统连接，本实用新型专利技术结构简单，试验运行过程安全、可靠，可以模拟海底天然气水合物储层的真实围压、轴压条件及淹没环境，提高了试验结果的准确性；该试验装置能够观测包括岩石、陆域天然气水合物等在内的试验样品在射流条件下的破碎情况。装置可以模拟不同靶距、射流速度、喷嘴直径条件下的破碎情况，提高采用高压水射流法开采水合物时的开采效率。
【技术实现步骤摘要】
一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置
本技术属于利用储层改造技术开发海洋水合物研究领域，尤其是涉及一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置。
技术介绍
天然气水合物储量巨大，是国际公认的极具商业开发前景的新型清洁能源。地球上天然气水合物中总有机碳的储量约为石油、天然气和煤炭三者总和的两倍。由于特殊的高压低温形成条件，以及多赋存于低固结的黏土质粉砂和黏土沉积物中，颗粒粒径较小，储层渗透率较差，固结强度较低，因此，海底天然气水合物的钻采是非常规天然气开发的世界性难题。在海域天然气水合物开采方面，陆续提出的热力开采、降压开采、注入化学剂法等。而采用水射流切割、破碎海底天然气水合物储层是开采海底天然气水合物的新方法，海底天然气水合物储层经过水射流法改造后，增加了海底天然气水合物储层的稳定性和渗透率，提高天然气水合物开采效率，即通过调节水射流的射流参数，对淹没环境下对天然气水合物储层进行切割、破碎，形成的天然气水合物钻屑或颗粒被水力运移到孔底上返通道口，水力输送到海面。与已往采用水射流破碎的对象相比，天然气水合物具有相变、低温和低温变化的特点。从现有的研究成果来看，高压低温流体形成的射流在开采天然气水合物储层的同时，还具有抑制天然气水合物分解的效果。在采用水射流开采天然气水合物储层时，射流参数选择不合理，将导致开采效率无法得到保证。因此在对海底天然气水合物储层采用水射流法开采前，对射流参数包括射流速度、喷嘴直径和靶距的准确掌握，显得至关重要。
技术实现思路
针对采用水射流开采天然气水合物储层，射流参数选择不合理，将导致开采效率无法得到保证的问题，本技术为了研究在采用水射流法开采海底天然气水合物储层时不同射流参数对水射流法开采海底天然气水合物储层的影响，以及实时观测含天然气水合物沉积物的破碎过程及规律，提出了一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置。本技术是采用如下技术方案实现的：一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置，其特征在于：该试验装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，其中注入系统用于向可视试验仓系统内注入合成天然气水合物所需的甲烷气体，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，注入系统包括气瓶、调压阀、空压机、电磁阀、气体增压泵、缓冲容器、气体流量控制计、单向阀、真空容器和真空泵,调压阀的数量为三个，分别为调压阀Ⅰ、调压阀Ⅱ及调压阀Ⅲ，所述气瓶通过第一管路与气体增压泵连接，并在第一管路上安装有调压阀Ⅰ和阀门Ⅰ，且调压阀Ⅰ位于气瓶与阀门Ⅰ之间；所述空压机通过第二管路与气体增压泵连接，并在第二管路上安装有调压阀Ⅱ和电磁阀；所述气体增压泵通过管道与缓冲容器的进气口连接，并在该管道上设置有阀门Ⅱ；缓冲容器的出气口通过第三管路与可视试验仓系统的注入孔连接，在缓冲容器的出气口与可视试验仓系统之间的第三管路上依次设置有调压阀Ⅲ、气体流量控制计、单向阀、阀门Ⅲ、真空设备、压力传感器Ⅰ及安全阀，其中真空设备包括真空容器及真空泵，所述真空容器一端通过管道与真空泵密封连接，另一端通过管道密封连接到第三管路上，并在真空容器与第三管路的连接管道上设置有阀门Ⅳ；其中可视试验仓系统包括可视试验仓、升降机构、密封柱、蓝宝石可视窗、注入孔、环压孔、测温孔、环压胶套、上端盖、下端盖、轴压加载室、恒速恒压泵及翻转支座，可视试验仓安装在翻转支座上，可视试验仓为长方体结构，用于放置并固定试验样品，可视试验仓的顶部设有上端盖，并与上端盖密封连接，可视试验仓的底部设有下端盖，并与下端盖密封连接，可视试验仓的侧壁上设置有蓝宝石可视窗和测温孔，且测温孔位于与蓝宝石可视窗相对的侧壁上；密封柱安装在上端盖上，并穿过上端盖延伸至可视试验仓内部，密封柱用于固定射流管及升降机构，密封柱与射流管形成环隙空间，该环隙空间为混合物颗粒的排出通道；升降机构设置在密封柱上端，升降机构与射流管连接，用于调节安装在射流管上的射流喷嘴与试验样品之间的距离；注入孔和环压孔布置于上端盖上，注入孔和环压孔为贯穿孔；下端盖与可视试验仓之间设置有轴压加载室，轴压加载室与恒速恒压泵连接；环压胶套设在可视试验仓内壁上，环压胶套与环压孔联通；其中射流破碎系统包括射流泵、射流管及射流喷嘴，射流泵与射流管连接；射流管固定在密封柱上，射流管的射流端安装有射流喷嘴；其中环压系统为环压泵，环压泵通过环压孔与位于可视试验仓内壁上的环压胶套连接，同时在环压泵与环压孔之间的管路上设置有压力传感器Ⅱ和阀门Ⅴ；其中回压系统包括回压阀、回压缓冲容器和回压泵，回压阀设置在与密封柱联通的排出管上，并在回压阀与密封柱之间设置有阀门Ⅵ，回压缓冲容器一端通过管道与回压阀连接，回压缓冲容器另一端通过管道与回压泵连接，并在回压缓冲容器与回压阀之间设置有压力传感器Ⅲ和阀门Ⅶ；其中采集与计量系统包括压力传感器、温度传感器、三相分离器及微量气体自动计量装置，压力传感器数量为三个，分别为压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ，微量气体自动计量装置通过三相分离器与回压阀连接，温度传感器的探测端置于测温孔内。所述调压阀的入口额定压力未20MPa；单向阀耐压16MPa；真空泵的真空度为0.1Pa。所述恒速恒压泵的泵压精度为0.25％F.S，流量精度为0.1mL/min，额定工作压力为25Mpa，流量为0.1mL/min～70mL/min。所述射流泵的额定工作压力25MPa，流量为1mL/min～250mL/min。所述环压泵的工作压力为32Mpa。所述回压泵的额定工作压力为25MPa。所述压力传感器的测量范围为0～25MPa，计量精度为0.1％，温度传感器的测温范围为-20℃～100℃。通过上述设计方案，与现有技术相比本技术可以带来如下有益效果：本技术结构简单，试验运行过程安全、可靠，可以模拟海底天然气水合物储层的真实围压、轴压条件及淹没环境，提高了试验结果的准确性；该试验装置能够观测包括岩石、陆域天然气水合物等在内的试验样品在射流条件下的破碎情况。装置可以模拟不同靶距、射流速度、喷嘴直径条件下的破碎情况，提高采用高压水射流法开采天然气水合物时的开采效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术示意性实施例及其说明用于理解本技术，并不构成本技术的不当限定，在附图中：图1是本技术之一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置的结构示意图。图2是本技术中可视试验仓仓体示意图。图中各标记如下：1-气瓶、2-调压阀、201-调压阀Ⅰ、202-调压阀Ⅱ、203-调压阀Ⅲ、301-阀门Ⅰ、302-阀门Ⅱ、303-阀门Ⅲ、304-阀门Ⅳ、305-阀门Ⅴ、306-阀门Ⅵ、307-阀门Ⅶ、4-气体增压泵、5-电磁阀、6-空压机、7-缓冲容器、8-气体流量控制计、9-单向阀、10-真空容器、11-真空泵、12-压力传感器、1201-压力传感器Ⅰ、1202-压力传感器Ⅱ、1203-压力传感器Ⅲ、13-安全阀、14-可视试验仓、15-射流泵、16-升降机构、17-射流管、18-射流喷嘴、19-密封柱、20-回压阀、21-回压缓冲容器、22-回压泵、23-三相分离器、24-微量气体自动计量装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置，其特征在于：该试验装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，其中注入系统用于向可视试验仓系统内注入合成天然气水合物所需的甲烷气体，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，注入系统包括气瓶(1)、调压阀(2)、空压机(6)、电磁阀(5)、气体增压泵(4)、缓冲容器(7)、气体流量控制计(8)、单向阀(9)、真空容器(10)和真空泵(11),调压阀(2)的数量为三个，分别为调压阀Ⅰ(201)、调压阀Ⅱ(202)及调压阀Ⅲ(203)，所述气瓶(1)通过第一管路与气体增压泵(4)连接，并在第一管路上安装有调压阀Ⅰ(201)和阀门Ⅰ(301)，且调压阀Ⅰ(201)位于气瓶(1)与阀门Ⅰ(301)之间；所述空压机(6)通过第二管路与气体增压泵(4)连接，并在第二管路上安装有调压阀Ⅱ(202)和电磁阀(5)；所述气体增压泵(4)通过管道与缓冲容器(7)的进气口连接，并在该管道上设置有阀门Ⅱ(302)；缓冲容器(7)的出气口通过第三管路与可视试验仓系统的注入孔(28)连接，在缓冲容器(7)的出气口与可视试验仓系统之间的第三管路上依次设置有调压阀Ⅲ(203)、气体流量控制计(8)、单向阀(9)、阀门Ⅲ(303)、真空设备、压力传感器Ⅰ(1201)及安全阀(13)，其中真空设备包括真空容器(10)及真空泵(11)，所述真空容器(10)一端通过管道与真空泵(11)密封连接，另一端通过管道密封连接到第三管路上，并在真空容器(10)与第三管路的连接管道上设置有阀门Ⅳ(304)；其中可视试验仓系统包括可视试验仓(14)、升降机构(16)、密封柱(19)、蓝宝石可视窗(30)、注入孔(28)、环压孔(29)、测温孔(35)、环压胶套(36)、上端盖(31)、下端盖(32)、轴压加载室(33)、恒速恒压泵(34)及翻转支座(37)，可视试验仓(14)安装在翻转支座(37)上，可视试验仓(14)为长方体结构，用于放置并固定试验样品，可视试验仓(14)的顶部设有上端盖(31)，并与上端盖(31)密封连接，可视试验仓(14)的底部设有下端盖(32)，并与下端盖(32)密封连接，可视试验仓(14)的侧壁上设置有蓝宝石可视窗(30)和测温孔(35)，且测温孔(35)位于与蓝宝石可视窗(30)相对的侧壁上；密封柱(19)安装在上端盖(31)上，并穿过上端盖(31)延伸至可视试验仓(14)内部，密封柱(19)用于固定射流管(17)及升降机构(16)，密封柱(19)与射流管(17)形成环隙空间，该环隙空间为混合物颗粒的排出通道；升降机构(16)设置在密封柱(19)上端，升降机构(16)与射流管(17)连接，用于调节安装在射流管(17)上的射流喷嘴(18)与试验样品之间的距离；注入孔(28)和环压孔(29)布置于上端盖(31)上，注入孔(28)和环压孔(29)为贯穿孔；下端盖(32)与可视试验仓(14)之间设置有轴压加载室(33)，轴压加载室(33)与恒速恒压泵(34)连接；环压胶套(36)设在可视试验仓(14)内壁上，环压胶套(36)与环压孔(29)联通；其中射流破碎系统包括射流泵(15)、射流管(17)及射流喷嘴(18)，射流泵(15)与射流管(17)连接；射流管(17)固定在密封柱(19)上，射流管(17)的射流端安装有射流喷嘴(18)；其中环压系统为环压泵(25)，环压泵(25)通过环压孔(29)与位于可视试验仓(14)内壁上的环压胶套(36)连接，同时在环压泵(25)与环压孔(29)之间的管路上设置有压力传感器Ⅱ(1202)和阀门Ⅴ(305)；其中回压系统包括回压阀(20)、回压缓冲容器(21)和回压泵(22)，回压阀(20)设置在与密封柱(19)联通的排出管(26)上，并在回压阀(20)与密封柱(19)之间设置有阀门Ⅵ(306)，回压缓冲容器(21)一端通过管道与回压阀(20)连接，回压缓冲容器(21)另一端通过管道与回压泵(22)连接，并在回压缓冲容器(21)与回压阀(20)之间设置有压力传感器Ⅲ(1203)和阀门Ⅶ(307)；其中采集与计量系统包括压力传感器(12)、温度传感器(27)、三相分离器(23)及微量气体自动计量装置(24)，压力传感器(12)数量为三个，分别为压力传感器Ⅰ(1201)、压力传感器Ⅱ(1202)、压力传感器Ⅲ(1203)，微量气体自动计量装置(24)通过三相分离器(23)与回压阀(20)连接，温度传感器(27)的探测端置于测温孔(35)内。...
【技术特征摘要】
1.一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置，其特征在于：该试验装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，其中注入系统用于向可视试验仓系统内注入合成天然气水合物所需的甲烷气体，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，注入系统包括气瓶(1)、调压阀(2)、空压机(6)、电磁阀(5)、气体增压泵(4)、缓冲容器(7)、气体流量控制计(8)、单向阀(9)、真空容器(10)和真空泵(11),调压阀(2)的数量为三个，分别为调压阀Ⅰ(201)、调压阀Ⅱ(202)及调压阀Ⅲ(203)，所述气瓶(1)通过第一管路与气体增压泵(4)连接，并在第一管路上安装有调压阀Ⅰ(201)和阀门Ⅰ(301)，且调压阀Ⅰ(201)位于气瓶(1)与阀门Ⅰ(301)之间；所述空压机(6)通过第二管路与气体增压泵(4)连接，并在第二管路上安装有调压阀Ⅱ(202)和电磁阀(5)；所述气体增压泵(4)通过管道与缓冲容器(7)的进气口连接，并在该管道上设置有阀门Ⅱ(302)；缓冲容器(7)的出气口通过第三管路与可视试验仓系统的注入孔(28)连接，在缓冲容器(7)的出气口与可视试验仓系统之间的第三管路上依次设置有调压阀Ⅲ(203)、气体流量控制计(8)、单向阀(9)、阀门Ⅲ(303)、真空设备、压力传感器Ⅰ(1201)及安全阀(13)，其中真空设备包括真空容器(10)及真空泵(11)，所述真空容器(10)一端通过管道与真空泵(11)密封连接，另一端通过管道密封连接到第三管路上，并在真空容器(10)与第三管路的连接管道上设置有阀门Ⅳ(304)；其中可视试验仓系统包括可视试验仓(14)、升降机构(16)、密封柱(19)、蓝宝石可视窗(30)、注入孔(28)、环压孔(29)、测温孔(35)、环压胶套(36)、上端盖(31)、下端盖(32)、轴压加载室(33)、恒速恒压泵(34)及翻转支座(37)，可视试验仓(14)安装在翻转支座(37)上，可视试验仓(14)为长方体结构，用于放置并固定试验样品，可视试验仓(14)的顶部设有上端盖(31)，并与上端盖(31)密封连接，可视试验仓(14)的底部设有下端盖(32)，并与下端盖(32)密封连接，可视试验仓(14)的侧壁上设置有蓝宝石可视窗(30)和测温孔(35)，且测温孔(35)位于与蓝宝石可视窗(30)相对的侧壁上；密封柱(19)安装在上端盖(31)上，并穿过上端盖(31)延伸至可视试验仓(14)内部，密封柱(19)用于固定射流管(17)及升降机构(16)，密封柱(19)与射流管(17)形成环隙空间，该环隙空间为混合物颗粒的排出通道；升降机构(16)设置在密封柱(19)上端，升降机构(16)与射流管(17)连接，用于调节安装在射流管(17)上的射流喷嘴(18)与试验样品之间的距离；注入孔(28)和环压孔(29)布置于上端盖(31)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，张颖，翟梁皓，孙友宏，张晗，陈勇，李曦桐，王彧佼，刘书源，朱颖，潘栋彬，靳成才，朱江，钟秀平，沈国军，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22
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