一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，包括主控制处理器，与主控制处理器连接的井网区别控制模块、高压平衡维持模块、传感器组件和二次采气实施模块，高压平衡维持模块包括平衡压力收集单元和调压动作单元，平衡压力收集单元接收平衡气体增压泵一次增压后的初级气压表压力值，以及二级加压泵二次增压后的平衡注入气压表压力值，主控制处理器根据二次增压后的压力值，驱动调压动作单元调整模拟地层压力注入系统内的增压泵强度以及控流调控阀开关，直至每个输气管道的注入压力值达到设定压强值；本方案可对模拟过程的各模块进行统一且有条理的管理联系，提高控制过程的便捷有效性，增加开采模拟的实施多样性，实现一体多用。

Control System of a Simulated Experimental Device for Natural Gas Hydrate Development

The invention discloses a control system of a gas hydrate development simulation experimental device, which comprises a main control processor, a well pattern distinguishing control module connected with the main control processor, a high-pressure balance maintenance module, a sensor module and a secondary gas recovery implementation module. The high-pressure balance maintenance module includes a balanced pressure collection unit and a pressure regulating action unit, and a balanced pressure collection unit receives the balanced pressure collection unit. The primary barometer pressure value of the balanced gas booster pump after primary boosting and the balanced injection barometer pressure value after secondary boosting of the secondary booster pump are driven by the main control processor according to the pressure value after secondary boosting to adjust the strength of the booster pump and the switch of the flow control valve in the simulated formation pressure injection system until the injection pressure value of each gas pipeline reaches. To set the pressure value, this scheme can unify and systematically manage the modules of the simulation process, improve the convenience and effectiveness of the control process, increase the diversity of the implementation of mining simulation, and realize the integration and multi-purpose.

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统
本专利技术涉及水合物模拟装置
，具体为一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统。
技术介绍
可观的储量推动开发技术的不断进步，技术的创新又将带动储量的高效动。本世纪以来，全世界都认识到天然气水合物是一种替代常规化石燃料的清洁能源。全球已发现水合物矿藏点超过200处，以目前的能源消费趋势，仅开采15％的水合物就可供全球使用200年之久。但是，其自身形成的稳定温压条件，决定了其开采方式的特殊性，另外其开采过程中对与环境的影响还有待进一步的评估。因此，目前对水合物开采的研究除少数国家和地区进行过单井或单一井组的试开采以外，绝大部分研究还处于实验室物理模拟和数值模拟的阶段。为了对这种储量巨大的能源进行开发利用，研究人员提出了很多方法：①注热法：利用注入热水、蒸汽或者热盐水将水合物加热到平衡温度之上分解；②降压法：将水合物藏的压力降低到平衡分解压力以下；③化学剂法：注入化学药剂，比如甲醇或者乙二醇以改变水合物平衡生成条件。基于上述方法，一般在进行实际开采之前还需要进行模拟，国内外在实验内研究热力法开采甲烷水合物的研究仅限于一维长岩心夹持器、二维垂直井模拟。然而，水合物开发与常规油气无异，同样是一个三维渗流场压力不断降落的过程。为了更加真实有效的了解掌握水合物的合成、分解以及开采过程中不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数，进行三维水合物开采实验模拟，特别是在三维尺度上研究水合物的分解行为，意义重大，为实际开采提供理论依据。而现有模拟装置中还存在以下的缺陷：(1)现有的模拟装置不能够根据实际的地质资料来构建具体的地层结构，或者通过地层结构来模拟实际所处的环境，由于该过程难以进行有效的模拟，使得模拟的效果与实际结果不一致或者有明显的区别，导致模拟的结果并不能够直接用于指导实际的生产，只能作为理论指导的辅助依据；(2)现有的模拟装置往往是一个封闭式的，其所模拟的条件就受限于模型本体，而且其所有的参数和模拟条件均不能够被结合起来形成动态平衡，不能够模拟水合物所处的动态环境，特别是在开采的过程中，其所处的环境是处于建立平衡和破坏平衡中循环过程中，因此不能够模拟动态的开采过程；(3)在现有模拟装置中，模型主体和基座之间是一个固定的结构，但是这个固定的结构就限制了模型的适用范围，即对于一个模型来说，预先设定用来模拟什么类型的井网就只能够模拟该种类型，不能够超出这个范围，这显然是不科学的。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，包括主控制处理器、模拟不同井网开采模式的井网区别控制模块、向模型主体内部增压的高压平衡维持模块、监测模型主体内部压力的传感器组件，以及利用驱替冲压恢复天然气压力的二次采气实施模块，所述井网区别控制模块、高压平衡维持模块、二次采气实施模块和传感器组件均与主控制处理器连接；所述高压平衡维持模块包括收集模拟地层压力注入系统的平衡压力收集单元，以及控制模拟地层压力注入系统调整注入压力的调压动作单元，所述平衡压力收集单元接收平衡气体增压泵一次增压后的初级气压表压力值，以及二级加压泵二次增压后的平衡注入气压表压力值，所述主控制处理器根据二次增压后的压力值，驱动调压动作单元调整模拟地层压力注入系统内的增压泵的工作强度以及控流调控阀的开关状态，直至每个输气管道的注入压力值达到各自的设定压强值。进一步地，所述高压平衡维持模块模拟地层压力注入的方法，具体包括如下步骤：步骤S100、主控制器接收平衡压力收集单元内的压力测量值，包括平衡压力增压泵增压后的初级测压表测量值，以及每个输送管道上经过二级加压泵加压后的平衡注入气压表测量值；步骤S200、实验不同压力值下的地层压力，增加模拟地层压力注入的压力值，调压动作单元增大平衡压力增压泵和二级加压泵的工作强度，直至传感器组件检测模型主体内的压力值达到设定值；步骤S300、继续增加模拟地层压力注入的压力值，调压动作单元增大平衡二级加压泵的工作强度，直至传感器组件检测模型主体内的压力值达到设定值。进一步地，在步骤S200中，所述平衡气体增压泵的最大增压强度不大于输气管道中的最小压强值，并且每个所述输气管道的加压需求各不相同，因此每个管道上的二级加压泵工作强度各不相同。进一步地，在步骤S300中，当平衡气体增压泵的工作强度达到最大增压强度时，可同时并且增大平衡二级加压泵的工作强度以及减小控流调控阀的单位通量，达到模型主体的设定压力值。进一步地，所述井网开采模式分为直井网和斜井网两种模式，所述井网区别控制模块包括设置在模型主体外棱边上的角度倾斜检测单元，以及模型主体转动实施单元，所述角度倾斜检测单元接收角度倾斜检测单元检测到的模型主体角度值，并且所述主控制处理器驱动转动实施单元施力在模型主体上，推动模型主体旋动至设定倾斜角度。进一步地，所述二次采气实施模块的注入模式分为单独注水、单独注气和注水注气结合三种模式，所述单独注水或单独注气模式即为单介质注入，注水注气结合模式为双介质统一注入，所述二次采气实施模块包括用于选择分管注水和注气模式的控制阀门单元、开采水压数据收集单元、水压调整实施单元、开采气压数据收集单元和气压调整实施单元。进一步地，所述二次采气实施模块采用单介质注入模拟驱替压力注入方法，具体包括如下步骤：步骤T101、选定单介质注入模式后，主控制器关闭控制阀门单元中的注水通道或者注气通道；步骤T102、开采气压数据收集单元收集开采气体增压泵一次增压后的一级气压表数据，以及连续加压泵二次增压后的开采注入气压表数据，或者开采水压数据收集单元收集活塞注水增压泵一次增压后的初级水压表数据，以及管道增压泵二次增压后的注入水压表数据。步骤T103、所述主控制处理器接收开采气压数据收集单元和开采水压数据收集单元的压力值，并且所述主控制处理器根据压力数据，驱动气压调整实施单元或者水压调整实施单元改变两个气泵或者两个水泵的增压强度，直至传感器组件检测模型主体内的压力值达到设定值。进一步地，所述水压调整实施单元和气压调整实施单元也可调整控流调控阀的开关状态，通过控制单位时间的介质通量，提高压力注入效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术将实验装置内的模型主体储层、模型转动、模型平衡保压和驱替二次开采的过程进行统一且有条理的管理联系，提高控制过程的便捷有效性，同时保证实验装置的高效有序进行，增加开采模拟的实施多样性，实现一体多用。附图说明图1为本专利技术模型主体整体结构示意图；图2为本专利技术模型主体顶部结构示意图；图3为本专利技术夹矸层结构示意图；图4为本专利技术旋转机构整体结构示意图；图5为本专利技术旋转机构侧视结构示意图；图6为本专利技术角度垂直板结构示意图；图7为本专利技术模型本体旋转角度较小时的锁紧结构示意图；图8为本专利技术模型本体旋转角度较大时的锁紧结构示意图；图9为本专利技术锁紧机构俯视结构示意图；图10为本专利技术一维长管模型系统结构示意图；图11为本专利技术岩心夹持器结构示意图；图12为本专利技术补偿性岩心筒结构示意图；图13为本专利技术开放式温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，其特征在于：包括主控制处理器、模拟不同井网开采模式的井网区别控制模块、向模型主体内部增压的高压平衡维持模块、监测模型主体内部压力的传感器组件，以及利用驱替冲压恢复天然气压力的二次采气实施模块，所述井网区别控制模块、高压平衡维持模块、二次采气实施模块和传感器组件均与主控制处理器连接；所述高压平衡维持模块包括收集模拟地层压力注入系统的平衡压力收集单元，以及控制模拟地层压力注入系统调整注入压力的调压动作单元，所述平衡压力收集单元接收平衡气体增压泵一次增压后的初级气压表压力值，以及二级加压泵二次增压后的平衡注入气压表压力值，所述主控制处理器根据二次增压后的压力值，驱动调压动作单元调整模拟地层压力注入系统内的增压泵的工作强度以及控流调控阀的开关状态，直至每个输气管道的注入压力值达到各自的设定压强值。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，其特征在于：包括主控制处理器、模拟不同井网开采模式的井网区别控制模块、向模型主体内部增压的高压平衡维持模块、监测模型主体内部压力的传感器组件，以及利用驱替冲压恢复天然气压力的二次采气实施模块，所述井网区别控制模块、高压平衡维持模块、二次采气实施模块和传感器组件均与主控制处理器连接；所述高压平衡维持模块包括收集模拟地层压力注入系统的平衡压力收集单元，以及控制模拟地层压力注入系统调整注入压力的调压动作单元，所述平衡压力收集单元接收平衡气体增压泵一次增压后的初级气压表压力值，以及二级加压泵二次增压后的平衡注入气压表压力值，所述主控制处理器根据二次增压后的压力值，驱动调压动作单元调整模拟地层压力注入系统内的增压泵的工作强度以及控流调控阀的开关状态，直至每个输气管道的注入压力值达到各自的设定压强值。2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，其特征在于，所述高压平衡维持模块模拟地层压力注入的方法，具体包括如下步骤：步骤S100、主控制器接收平衡压力收集单元内的压力测量值，包括平衡压力增压泵增压后的初级测压表测量值，以及每个输送管道上经过二级加压泵加压后的平衡注入气压表测量值；步骤S200、实验不同压力值下的地层压力，增加模拟地层压力注入的压力值，调压动作单元增大平衡压力增压泵和二级加压泵的工作强度，直至传感器组件检测模型主体内的压力值达到设定值；步骤S300、继续增加模拟地层压力注入的压力值，调压动作单元增大平衡二级加压泵的工作强度，直至传感器组件检测模型主体内的压力值达到设定值。3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，其特征在于，在步骤S200中，所述平衡气体增压泵的最大增压强度不大于输气管道中的最小压强值，并且每个所述输气管道的加压需求各不相同，因此每个管道上的二级加压泵工作强度各不相同。4.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开发模拟实验装置的控制系统，其特征在于，在步骤S300中，当平衡气体增压泵的工作强度达到最大增压强度时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，张建华，陈兆凤，陆程，庞守吉，白名岗，张帅，
申请(专利权)人：中国地质调查局油气资源调查中心，
类型：发明
国别省市：北京,11