本发明专利技术属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统。可以灵活组合降压开采法，注热开采法及不同模式水流侵蚀法三种开采方法，模拟实际开采过程，提供了一种伸缩井热流固耦合天然气水合物开采方法与装置。用于探究不同开采方法即模式结合时的开采特性。为实现水合物高效、持续的商业化开采提供可靠的实验依据和理论分析。
【技术实现步骤摘要】
一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法
本专利技术属于海洋天然气水合物开采
，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。
技术介绍
天然气水合物是天然气(主要成分甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物，水合物沉积物广泛分布于陆地冻土环境和海洋、湖泊等深水地层环境。天然气水合物作为一种替代性新能源，能量密度高、储量大，有巨大的资源潜能，开发前景广阔。随着我国天然气需求日益增大，其开采研究尤为急切。天然气水合物是一种亚稳定态矿物，一旦赋存条件发生改变，天然气水合物藏的相平衡就会遭到破坏，引起天然气水合物的分解。传统的天然气水合物开采技术就是根据天然气水合物的这种性质而设计的，主要包括热激法、降压开采法和化学试剂注入开采法。降压法是最经济、有效、简单的开采方式，主要缺点是水合物分解相变潜热引起局部温度降低，从而可能引起水合物的二次生成或结冰，影响长期开采效率；加热法的缺点是不仅要提供水合物分解相变的热量，也要加热沉积物、孔隙气体和液体，热量损失很大，效率低，费用高。研究发现，水流侵蚀也可以是水合物分解，可作为一种有效的辅助开采手段。在降压法、注热法的基础上，又结合了不同模式水流侵蚀法模拟开采水合物，对实际水合物开采具有指导意义。为了研究更加高效、连续的开采水合物方法，本专利技术提供了一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。
技术实现思路
本专利技术针对目前水合物开采过程中存在的不足，基于多方法联合开采的思路，综合利用注热、降压、不同模式水流侵蚀等方法的特点，提供了一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。为实现天然气水合物更加高效、持续的开采提供了依据。本专利技术的技术方案：一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置，包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统；所述的大尺寸水合物生成系统包括反应釜4、二级防砂装置9和第二恒温水浴16-2；反应釜4周围包有水套，并与所述第二恒温水浴16-2的水套连通，通过循环流动来控制反应釜4内温度达到恒定，为生成天然气水合物提供稳定的低温环境，模拟海底多孔介质孔隙天然气水合物储层；所述的二级防砂装置9共两个，分别装于注入井5-1和采出井5-2的井口处，防止水合物生成与分解过程中砂土泄露，模拟实际开采过程中的除砂装置，并保证实验安全性与可持续性；所述的流动注入系统包括气源1、水源17、高精度气泵2-1、高精度水泵2-2、第一单向阀18-1、第二单向阀18-2、第三单向阀18-3、第四单向阀18-4和第一恒温水浴16-1；所述的第一单向阀18-1控制气源1的开关，将气体注入所述高精度气泵2-1中，再通过第二单向阀18-2控制注入注入井5-1中，用于反应釜4中水合物的生成；所述水源17中的水由第四单向阀18-4控制注入所述高精度水泵2-2中，再通过第三单向阀18-3控制将水注入注入井5-1中，用于反应釜4中水合物的生成或流动侵蚀分解；所述第一恒温水浴16-1为高精度气泵2-1和高精度水泵2-2提供所需的恒定温度条件；所述的三井热流固耦合开采收集系统包括背压调节阀12、储液罐13、储气罐15、第二恒温水浴16-2、注入井5-1、采出井5-2、注热井5-3、循环水泵19、第五单向阀18-5、第六单向阀18-6、第七单向阀18-7、电源11和高精度电子秤14；所述注入井5-1、采出井5-2和注热井5-3均位于反应釜4中；所述注入井5-1可伸缩，可模拟不同模式水流侵蚀辅助水合物开采过程；所述采出井5-2可伸缩，用于研究升降开采特性；所述注热井5-3用于水合物层注热；所述的储气罐15周围包有水套，此水套与反应釜4和第二恒温水浴16-2的水套均相联通，通过所述循环水泵19实现水套中水的循环流动，维持储气罐15的温度恒定；所述电源11与所述注热井5-3内的电阻连接，产生热量，用于水合物的分解；所述背压调节阀12用于控制分解时的背压，并分离分解产生的水和气；水合物分解所产生的气、水通过所述第五单向阀18-5流入背压调节阀12中，背压调节阀12将气、水分离后，分解产生的水流入所述储液罐13中，分解完成后，储液罐13中的水通过所述第六单向阀18-6排出；分解产生的气流入所述储气罐15中，待分解完成后，气体通过第七单向阀18-7排出；所述的微可视系统包括放大可视窗口20、摄像机3、支架22和灯23；所述的放大可视窗口20对称开设在中间，通过摄像机3直观的观察水合物生成以及模拟开采时釜内情况；所述摄像机3在固定所述支架22上，其高度对准放大可视窗口20，拍摄反应釜4内水合物变化情况，灯23也固定于支架22上，用来增强图像采集效果；所述的检测采集系统包括入口高精度压力传感器10-1、出口高精度压力传感器10-2、储气罐高精度压力传感器10-3、高精度多位置温度传感器6、数据采集模块7、第一高精度压力传感器21-1、第二高精度压力传感器21-2、第三高精度压力传感器21-3、高精度电子秤14和电脑8；所述入口高精度压力传感器10-1和所述出口高精度压力传感器10-2分别位于第三单向阀18-3与二级防砂装置9-1之间和二级防砂装置9-2与第五单向阀18-5之间，用于采集反应釜4内水合物生成时压力变化数据以及反应釜4内水合物在不同条件下分解时的压力数据，并将数据存于电脑8中；所述的高精度多位置温度传感器6有多个，分布如下：三个高精度多位置温度传感器6位于井筒旁，用于检测开采井不同位置的温度变化；四个高精度多位置温度传感器6采集反应釜4内固定位置的温度变化数据；所述数据采集模块7，一端与七个高精度多位置温度传感器6连接，另一端与电脑8连接，将得到的温度信号转变成数字信号并保存于电脑8中；所述储气罐高精度压力传感器10-3位于第七单向阀18-7与储气罐15出口之间，通过分解前后压力数据，计算得到水合物分解的产气量；所述的第一高精度压力传感器21-1从反应釜4底部安装，测量反应釜4轴线附近底层压力；所述的第二高精度压力传感器21-2从反应釜4底部安装，测量反应釜4轴线附近中层压力；所述的第三高精度压力传感器21-221-3从反应釜4底部安装，测量反应釜4轴线附近上层压力。一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟方法，步骤如下：(1)检查：所有阀门和泵处于关闭状态，保证所有装置、管道不漏水不漏气；(2)天然气水合物的生成：采用气饱和生成来模拟真实情况的天然气水合物生成；玻璃砂的体积为反应釜4内体积减去开采井和高精度多位置温度传感器6体积，再由玻璃砂的密度算出玻璃砂的质量，将玻璃砂均匀紧实的填入反应釜4中；打开第一单向阀18-1，将气源1的气通入高精度气泵2-1中，关闭第一单向阀18-1，打开第二单向阀18-2，将气泵中的气体恒压通过注入井5-1注入反应釜4中；保持这个压力，通过第二恒温水浴16-2，使反应釜4内温度稳定在所需温度，待反应釜4内温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置，其特征在于，该可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统；/n所述的大尺寸水合物生成系统包括反应釜(4)、二级防砂装置(9)和第二恒温水浴(16-2)；反应釜(4)周围包有水套，并与所述第二恒温水浴(16-2)的水套连通，通过循环流动来控制反应釜(4)内温度达到恒定，为生成天然气水合物提供稳定的低温环境，模拟海底多孔介质孔隙天然气水合物储层；所述的二级防砂装置(9)共两个，分别装于注入井(5-1)和采出井(5-2)的井口处，防止水合物生成与分解过程中砂土泄露，模拟实际开采过程中的除砂装置，并保证实验安全性与可持续性；/n所述的流动注入系统包括气源(1)、水源(17)、高精度气泵(2-1)、高精度水泵(2-2)、第一单向阀(18-1)、第二单向阀(18-2)、第三单向阀(18-3)、第四单向阀(18-4)和第一恒温水浴(16-1)；所述的第一单向阀(18-1)控制气源(1)的开关，将气体注入所述高精度气泵(2-1)中，再通过第二单向阀(18-2)控制注入注入井(5-1)中，用于反应釜(4)中水合物的生成；所述水源(17)中的水由第四单向阀(18-4)控制注入所述高精度水泵(2-2)中，再通过第三单向阀(18-3)控制将去离子水注入注入井(5-1)中，用于反应釜(4)中水合物的生成或流动侵蚀分解；所述第一恒温水浴(16-1)为高精度气泵(2-1)和高精度水泵(2-2)提供所需的恒定温度条件；/n所述的三井热流固耦合开采收集系统包括背压调节阀(12)、储液罐(13)、储气罐(15)、第二恒温水浴(16-2)、注入井(5-1)、采出井(5-2)、注热井(5-3)、循环水泵(19)、第五单向阀(18-5)、第六单向阀(18-6)、第七单向阀(18-7)、电源(11)和高精度电子秤(14)；所述注入井(5-1)、采出井(5-2)和注热井(5-3)均位于反应釜(4)中；所述注入井(5-1)可伸缩，可模拟不同模式水流侵蚀辅助水合物开采过程；所述采出井(5-2)可伸缩，用于研究升降开采特性；所述注热井(5-3)用于水合物层注热；所述的储气罐(15)周围包有水套，此水套与反应釜(4)和第二恒温水浴(16-2)的水套均相联通，通过所述循环水泵(19)实现水套中水的循环流动，维持储气罐(15)的温度恒定；所述电源(11)与所述注热井(5-3)内的电阻连接，产生热量，用于水合物的分解；所述背压调节阀(12)用于控制分解时的背压，并分离分解产生的水和气；水合物分解所产生的气、水通过所述第五单向阀(18-5)流入背压调节阀(12)中，背压调节阀(12)将气、水分离后，分解产生的水流入所述储液罐(13)中，分解完成后，储液罐(13)中的水通过所述第六单向阀(18-6)排出；分解产生的气流入所述储气罐(15)中，待分解完成后，气体通过第七单向阀(18-7)排出；/n所述的微可视系统包括放大可视窗口(20)、摄像机(3)、支架(22)和灯(23)；所述的放大可视窗口(20)对称开设在中间，通过摄像机(3)直观的观察水合物生成以及模拟开采时釜内情况；所述摄像机(3)在固定所述支架(22)上，其高度对准放大可视窗口(20)，拍摄反应釜(4)内水合物变化情况，灯(23)也固定于支架(22)上，用来增强图像采集效果；/n所述的检测采集系统包括入口高精度压力传感器(10-1)、出口高精度压力传感器(10-2)、储气罐高精度压力传感器(10-3)、高精度多位置温度传感器(6)、数据采集模块(7)、第一高精度压力传感器(21-1)、第二高精度压力传感器(21-2)、第三高精度压力传感器(21-3)、高精度电子秤(14)和电脑(8)；所述入口高精度压力传感器(10-1)和所述出口高精度压力传感器(10-2)分别位于第三单向阀(18-3)与二级防砂装置(9)-1之间和二级防砂装置(9)-2与第五单向阀(18-5)之间，用于采集反应釜(4)内水合物生成时压力变化数据以及反应釜(4)内水合物在不同条件下分解时的压力数据，并将数据存于电脑(8)中；所述的高精度多位置温度传感器(6)有多个，分布如下：三个高精度多位置温度传感器(6)位于井筒旁，用于检测开采井不同位置的温度变化；四个高精度多位置温度传感器(6)采集反应釜(4)内固定位置的温度变化数据；所述数据采集模块(7)，一端与七个高精度多位置温度传感器(6)连接，另一端与电脑(8)连接，将得到的温度信号转变成数字信号并保存于电脑(8)中；所述储气罐高精度压力传感器(10-3)位于第七单向阀(18-7)与储气罐(15)出口之间，通过分解前后压力数据，计算...
【技术特征摘要】
1.一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置，其特征在于，该可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统；
所述的大尺寸水合物生成系统包括反应釜(4)、二级防砂装置(9)和第二恒温水浴(16-2)；反应釜(4)周围包有水套，并与所述第二恒温水浴(16-2)的水套连通，通过循环流动来控制反应釜(4)内温度达到恒定，为生成天然气水合物提供稳定的低温环境，模拟海底多孔介质孔隙天然气水合物储层；所述的二级防砂装置(9)共两个，分别装于注入井(5-1)和采出井(5-2)的井口处，防止水合物生成与分解过程中砂土泄露，模拟实际开采过程中的除砂装置，并保证实验安全性与可持续性；
所述的流动注入系统包括气源(1)、水源(17)、高精度气泵(2-1)、高精度水泵(2-2)、第一单向阀(18-1)、第二单向阀(18-2)、第三单向阀(18-3)、第四单向阀(18-4)和第一恒温水浴(16-1)；所述的第一单向阀(18-1)控制气源(1)的开关，将气体注入所述高精度气泵(2-1)中，再通过第二单向阀(18-2)控制注入注入井(5-1)中，用于反应釜(4)中水合物的生成；所述水源(17)中的水由第四单向阀(18-4)控制注入所述高精度水泵(2-2)中，再通过第三单向阀(18-3)控制将去离子水注入注入井(5-1)中，用于反应釜(4)中水合物的生成或流动侵蚀分解；所述第一恒温水浴(16-1)为高精度气泵(2-1)和高精度水泵(2-2)提供所需的恒定温度条件；
所述的三井热流固耦合开采收集系统包括背压调节阀(12)、储液罐(13)、储气罐(15)、第二恒温水浴(16-2)、注入井(5-1)、采出井(5-2)、注热井(5-3)、循环水泵(19)、第五单向阀(18-5)、第六单向阀(18-6)、第七单向阀(18-7)、电源(11)和高精度电子秤(14)；所述注入井(5-1)、采出井(5-2)和注热井(5-3)均位于反应釜(4)中；所述注入井(5-1)可伸缩，可模拟不同模式水流侵蚀辅助水合物开采过程；所述采出井(5-2)可伸缩，用于研究升降开采特性；所述注热井(5-3)用于水合物层注热；所述的储气罐(15)周围包有水套，此水套与反应釜(4)和第二恒温水浴(16-2)的水套均相联通，通过所述循环水泵(19)实现水套中水的循环流动，维持储气罐(15)的温度恒定；所述电源(11)与所述注热井(5-3)内的电阻连接，产生热量，用于水合物的分解；所述背压调节阀(12)用于控制分解时的背压，并分离分解产生的水和气；水合物分解所产生的气、水通过所述第五单向阀(18-5)流入背压调节阀(12)中，背压调节阀(12)将气、水分离后，分解产生的水流入所述储液罐(13)中，分解完成后，储液罐(13)中的水通过所述第六单向阀(18-6)排出；分解产生的气流入所述储气罐(15)中，待分解完成后，气体通过第七单向阀(18-7)排出；
所述的微可视系统包括放大可视窗口(20)、摄像机(3)、支架(22)和灯(23)；所述的放大可视窗口(20)对称开设在中间，通过摄像机(3)直观的观察水合物生成以及模拟开采时釜内情况；所述摄像机(3)在固定所述支架(22)上，其高度对准放大可视窗口(20)，拍摄反应釜(4)内水合物变化情况，灯(23)也固定于支架(22)上，用来增强图像采集效果；
所述的检测采集系统包括入口高精度压力传感器(10-1)、出口高精度压力传感器(10-2)、储气罐高精度压力传感器(10-3)、高精度多位置温度传感器(6)、数据采集模块(7)、第一高精度压力传感器(21-1)、第二高精度压力传感器(21-2)、第三高精度压力传感器(21-3)、高精度电子秤(14)和电脑(8)；所述入口高精度压力传感器(10-1)和所述出口高精度压力传感器(10-2)分别位于第三单向阀(18-3)与二级防砂装置(9)-1之间和二级防砂装置(9)-2与第五单向阀(18-5)之间，用于采集反应釜(4)内水合物生成时压力变化数据以及反应釜(4)内水合物在不同条件下分解时的压力数据，并将数据存于电脑(8)中；所述的高精度多位置温度传感器(6)有多个，分布如下：三个高精度多位置温度传感器(6)位于井筒旁，用于检测开采井不同位置的温度变化；四个高精度多位置温度传感器(6)采集反应釜(4)内固定位置的温度变化数据；所述数据采集模块(7)，一端与七个高精度多位置温度传感器(6)连接，另一端与电脑(8)连接，将得到的温度信号转变成数字信号并保存于电脑(8)中；所述储气罐高精度压力传感器(10-3)位于第七单向阀(18-7)与储气罐(15)出口之间，通过分解前后压力数...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，杨明军，赵国钧，陈兵兵，刘瑜，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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