模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法，所述装置包括试验舱

【技术实现步骤摘要】
模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法


[0001]本专利技术涉及天然气水合物模拟开发
，具体涉及一种模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法
。

技术介绍

[0002]天然气水合物
(NaturalGasHydrates)
，俗称“可燃冰”，主要由甲烷分子和水分子在低温
、
高压条件下形成的一种笼形晶体化合物
。
在标准状况下，一单位体积的甲烷水合物分解最多可产生
164
单位体积的甲烷气体，是一种优良的天然气储存载体
。
全球储量达
20000
×
10
12
m3，相当于世界上已探明的煤炭
、
石油和常规天然气的两倍以上，应用前景非常可观
。
目前天然气水合物的开发仍处于探索阶段
。
水合物开采过程中，水合物分解后释放大量气体形成的气体膨胀以及孔隙水压力的升高将导致水合物储层的不稳定，易引发滑坡
、
塌陷等地质灾害
。
同时海洋天然气水合物通常分布在一定水深
(
通常＞
300m)
的海底以下，水合物将承受来自海水的静压力
(
海水深度每增加
10
米，静压力将增加一个大气压
)。
[0003]目前对于天然气水合物分解引起的地层失稳研究还处于初级阶段，研究手段以小尺度的实验模拟装置为主，容积通常为r/>5L
左右，甚至更小
。
小尺寸的实验装置存在明显的边界效应，不能代表水合物储层的实际情况
。
为了更加真实地模拟水合物储层，近年来一些中等尺度的模拟装置被设计出来，容积范围为
100L
～
500L。
但容积达立方米级的试验装置鲜有报到
。
[0004]公开日为
2020
年8月
25
日，公开号为
CN111577212A
，名称为“大尺度天然气水合物形成分解地质环境模拟系统及方法”的中国专利文献公开了一种大尺度的水合物形成与分解地质环境模拟系统，该装置的模拟腔体尺寸可达米级
。
但该装置仍然存在如下不足：不具备模拟海水静压力的能力
。
水合物合成需要高压
(≤15MPa)
环境，该装置也没有对各部位的密封形式进行详细描述
。
[0005]因此，亟需提供一种模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法，来克服上述缺陷中的至少一种
。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置及方法
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0008]本专利技术公开了一种模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，包括试验舱
、
静态压力加载系统
、
温度控制系统
、
气液注入系统
、
生产井系统
、
孔隙压力传感器和位移传感器；
[0009]其中，温度控制系统包括温度传感器和升降温模块；
[0010]所述试验舱内设置模拟水合物地层；所述静态压力加载系统用于对模拟水合物地层施加压力；所述升降温模块与试验舱的侧壁连接，所述气液注入系统与试验舱的底部连
接；所述生产井系统中的井身布置在试验舱中；所述温度传感器
、
孔隙压力传感器和位移传感器布置在试验舱内部
。
[0011]优选地，所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，还包括信息采集与控制系统，所述信息采集与控制系统包括数据采集单元和系统控制单元，所述系统控制单元用于控制静态压力加载系统
、
温度控制系统
、
气液注入系统和生产井系统；所述数据采集单元用于采集温度传感器的温度数据
、
孔隙压力传感器的压力数据
、
位移传感器的位移数据以及气液注入系统的气体流量数据和液体流量数据
。
[0012]优选地，所述试验舱包括顶盖
、
侧壁
、
多孔板和活动底板；
[0013]其中，所述顶盖设置在多孔板和活动底板的上方，所述顶盖和侧壁固定连接，所述多孔板和活动底板均与侧壁滑动连接，所述多孔板设置在活动底板上；所述模拟水合物地层设置在多孔板
、
顶盖和侧壁围合形成的空腔内
。
[0014]优选地，所述活动底板的下方设置有液体注入口和气体注入口，所述活动底板的内部设置有气体通道和液体通道，气体通道和液体通道在活动底板的中心汇合，在活动底板的上方中心设有气液共同出口，气体及液体经过气液共同出口进入所述多孔板；多孔板内部设置有迷宫式通道，气体及液体经过迷宫式通道均匀分散后进入所述试验舱内的模拟水合物地层中，所述模拟水合物地层为砂层
。
[0015]优选地，所述顶盖与侧壁的固定连接处设置有第一密封圈；所述活动底板与侧壁的连接处设置有第二密封圈；所述多孔板与侧壁的连接处设置有第三密封圈
。
[0016]优选地，所述侧壁的上端面设有环形凹槽，所述第一密封圈设置在环形凹槽内；所述活动底板的侧面设置环形凹槽，所述第二密封圈设置在环形凹槽内；所述多孔板的侧面设置环形凹槽，所述第三密封圈设置在环形凹槽内；所述第一密封圈
、
第二密封圈以及第三密封圈的材质为橡胶或聚四氟乙烯
。
[0017]优选地，所述静态压力加载系统由作动器
、
液压泵和液压油箱组成，所述作动器通过高压管道与所述液压泵和所述液压油箱连接；所述作动器固定在所述活动底板上；所述静态压力加载系统和信息采集与控制系统连接
。
[0018]优选地，所述作动器的底部设置反力底板，所述反力底板与侧壁固定连接
。
[0019]优选地，所述的升降温模块包括冷却盘管
、
冷热一体化机组
、
冷却液存储箱和设置在侧壁外的保温层；
[0020]所述温度传感器布置在试验舱内的多个位置；所述冷却盘管埋设于侧壁内；所述冷却盘管与所述冷热一体化机组通过带保温层的管道连接；所述冷却盘管和冷热一体化机组分别通过管道连接到冷却液存储箱；所述冷热一体化机组与所述温度传感器共同接入信息采集与控制系统
。
[0021]优选地，所气液注入系统包括高压气瓶
、
气体减压器
、
气体流量计
、
第一三通阀门
、
气液饱和罐
、
第一计量泵
、
储液罐
、
第二计量泵
、
第三计量泵和第二三通阀门；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，包括试验舱
(1)、
静态压力加载系统
(3)、
温度控制系统
(4)、
气液注入系统
(5)、
生产井系统
(6)、
孔隙压力传感器
(8)
和位移传感器
(9)
；其中，温度控制系统
(4)
包括温度传感器
(7)、
和升降温模块；所述试验舱
(1)
内设置模拟水合物地层；所述静态压力加载系统
(3)
用于对模拟水合物地层施加压力；所述升降温模块与试验舱
(1)
的侧壁
(11)
连接，所述气液注入系统
(5)
与试验舱
(1)
的底部连接；所述生产井系统
(6)
中的井身布置在试验舱
(1)
中；所述温度传感器
(7)、
孔隙压力传感器
(8)
和位移传感器
(9)
布置在试验舱
(1)
内部
。2.
根据权利要求1所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，还包括信息采集与控制系统
(10)
，所述信息采集与控制系统
(10)
包括数据采集单元和系统控制单元，所述系统控制单元用于控制静态压力加载系统
(3)、
温度控制系统
(4)、
气液注入系统
(5)
和生产井系统
(6)
；所述数据采集单元用于采集温度传感器
(7)
的温度数据
、
孔隙压力传感器
(8)
的压力数据
、
位移传感器
(9)
的位移数据以及气液注入系统
(5)
的气体流量数据和液体流量数据
。3.
根据权利要求1所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述试验舱
(1)
包括顶盖
(12)、
侧壁
(11)、
多孔板
(14)
和活动底板
(13)
；其中，所述顶盖
(12)
设置在多孔板
(14)
和活动底板
(13)
的上方，所述顶盖
(12)
和侧壁
(11)
固定连接，所述多孔板
(14)
和活动底板
(13)
均与侧壁
(11)
滑动连接，所述多孔板
(14)
设置在活动底板
(13)
上；所述模拟水合物地层设置在多孔板
(14)、
顶盖
(12)
和侧壁
(11)
围合形成的空腔内
。4.
根据权利要求3所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述活动底板
(13)
的下方设置有液体注入口
(132)
和气体注入口
(133)
，所述活动底板
(13)
的内部设置有气体通道和液体通道，气体通道和液体通道在活动底板
(13)
的中心汇合，在活动底板
(13)
的上方中心设有气液共同出口，气体及液体经过气液共同出口进入所述多孔板
(14)
；多孔板
(14)
内部设置有迷宫式通道，气体及液体经过迷宫式通道均匀分散后进入所述试验舱
(1)
内的模拟水合物地层中，所述模拟水合物地层为砂层
。5.
根据权利要求3所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述顶盖
(12)
与侧壁
(11)
的固定连接处设置有第一密封圈
(111)
；所述活动底板
(13)
与侧壁
(11)
的连接处设置有第二密封圈
(131)
；所述多孔板
(14)
与侧壁
(11)
的连接处设置有第三密封圈
(141)。6.
根据权利要求5所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述侧壁
(11)
的上端面设有环形凹槽，所述第一密封圈
(111)
设置在环形凹槽内；所述活动底板
(13)
的侧面设置环形凹槽，所述第二密封圈
(131)
设置在环形凹槽内；所述多孔板
(14)
的侧面设置环形凹槽，所述第三密封圈
(141)
设置在环形凹槽内；所述第一密封圈
(111)、
第二密封圈
(131)
以及第三密封圈
(141)
的材质为橡胶或聚四氟乙烯
。7.
根据权利要求3所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述静态压力加载系统
(3)
由作动器
(31)、
液压泵
(32)
和液压油箱
(33)
组成，所述作动器
(31)
通过高压管道与所述液压泵
(32)
和所述液压油箱
(33)
连接；所述作动器
(31)
固定在所述活动底板
(13)
上；所述静态压力加载系统
(3)
和信息采集与控制系统
(10)
连接
。
8.
根据权利要求7所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述作动器
(31)
的底部设置反力底板
(2)
，所述反力底板
(2)
与侧壁
(11)
固定连接
。9.
根据权利要求3所述模拟海水静压力的大尺度水合物合成与分解的装置，其特征在于，所述的升降温模块包括冷却盘管
(41)、
冷热一体化机组
(42)、
冷却液存储箱
(43)
和设置在侧壁
(11)
外的保温层
(44)
；所述温度传感器
(7)
布置在试验舱
(1)
内的多个位置；所述冷却盘管
(41)
埋设于侧壁
(11)

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秉才，姜瑞景，张波，罗方伟，梁爽，邓金睿，郑钰山，冉冉，和宁宁，薛明，
申请(专利权)人：中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：