本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟方法与装置
本专利技术属于海洋天然气水合物开采
，具体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。
技术介绍
天然气水合物作为一种替代性新能源，具有高能量密度、储量大、可持续、环境友好等特点，开采发展前景广阔。实现天然气水合物的开采可以有效的改变我国的能源消费结构，对于我国能源工业的发展具有重要的意义。天然气水合物作为一种由水与天然气组成的不稳定络合物，只有在相平衡以下时才会生成。影响天然气水合物相平衡的因素主要包括：化学势，温度，压力等，一旦其中的某些条件改变，天然气水合物就会发生分解。目前在世界范围内研究最为广泛的是降压开采法，该方法具有简单经济、有效等特点。但是降压开采法所存在的缺点也尤为明显。目前水流侵蚀法，相较于降压开采，可以很好的解决避免其存在的问题，也是作为未来水合物开采的重要方法。水流侵蚀法解决了其他开采方法存在的问题：第一、解决了其他方法在水合物开采中，由于水合物大量分解吸热，以及大量气体导致的压强增高、流动加快等引起的储层温度骤降，导致地层结冰以及二次水合物生成，降低储层渗透率，影响开采效率和安全的问题。第二：解决了其他方法在水合物后期开采产气效率极低的问题。第三、解决了其他开采方法导致的水合物分解极快，引起底层强度的突然降低，导致底层失稳，引起不必要的自然灾害的问题。针对目前水合物的开采过程所存在的不足，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术针对目前水合物的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。为实现水合物的安全高效开采提供了依据。本专利技术的技术方案：一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟装置，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。一种水流侵蚀法天然气水合物开采实验模拟方法，步骤如下：(1)检查：所有阀门和泵关闭，保证所有装置、管道不漏水不漏气；(2)水合物生成：通过初试水合物饱和度的计算，得到所需的水体积和砂体积，并将玻璃砂或粘土均匀紧实的填充到反应釜3中；打开第三第单向针阀12-3和第四单向针阀12-4，均匀注入所需体积的去离子水；打开第一单向针阀12-1，通过气源2对高精度注气泵1-1进行气体补充；补充完后，关闭第一单向针阀12-1，打开第二第单向针阀12-2和第四单向针阀12-4，均匀注入气体，设定高精度注气泵1-1的压力为目标压力，并一直保持恒压状态；水合物生成过程中温度一直由恒温水浴13-1保持，并将恒温水浴13-1的温度设定为目标温度；实验过程中的温度压力变化通过高精度进口压力传感器9、高精度出口压力传感器14和高精度温度传感器11来检测记录；(3)背压调节：水合物生成完成后，关闭第二第单向针阀12-2和第四单向针阀12-4；将高精度背压泵1-3和背压阀6的压力分别设置为实验目标压力，在温度稳定之后，打开第五第单向针阀12-5、第六单向针阀12-6和第七单向针阀12-7；将高精度注水泵1-2中注满水，并将其压力设置为比实验目标压力高，通过压差实现系统中的水流动过程；(4)水流动过程：当整个实验系统压力稳定后，打开第四第单向针阀12-4，进行水流动实验；当气水分离器4出水口处有水流出，并在存有一定量的水可维持整个水流动过程后，关闭第四第单向本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，杨明军，陈兵兵，刘卫国，刘瑜，张毅，蒋兰兰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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