【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于co2封存，具体涉及一种三维条件下co2水合物封存过程的模拟装置及方法。
技术介绍
1、随着人类科技的发展与进步促使了全球能源需求的增加，同时导致了温室气体的过度排放，气候变化已经成为当今世界值得关注的话题。在未来，大部分能源仍将主要来自化石燃料，因此碳捕集、利用和封存(ccus)技术是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择。
2、co2封存是指通过工程技术手段将捕集的co2注入深部地质储层，实现co2与大气长期隔绝的过程。按照封存位置不同，可分为陆地封存和海洋封存；按照地质封存体的不同，可分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等。
3、在目前的封存方法中，水合物法封存co2具有地质条件适用范围广、封存潜力大、封存稳定性强等优势，但目前成熟的封存技术尚未形成，且无工业化实例。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提出一种三维条件下co2水合物封存过程的模拟装置及具体实施方法，该方法可用于评价co2在注入和后续稳定过程中的水合物生成情况，为实施co2水合物法封存提供理论支持。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种三维条件下co2水合物封存过程的模拟装置，包括高压反应釜；
4、所述高压反应釜内设有注入井和采出井；
5、所述注入井与co2储存单元连接；
6、所述采出井经气液分离单元与收集单元连接；
7、所述高压反应釜的顶部和底部分别
8、所述气液分离单元的底部与称重单元连接。
9、所述高压反应釜上配有多个温度传感器，呈三维分布；示例性地可分为3层，每层18个，距离釜底的高度分别为20、75和130mm；每层18个测量点平均分为6组，每组3个，分别距离反应器中心轴20、75和130mm。通过密集分布的测温点，可以判断co2在高压反应釜内的流动情况和水合物生成情况。示例性地，本专利技术采用的高压反应釜的有效体积是10.6l(φ300×150mm)，安全操作压力是32mpa。
10、所述注入井与所述co2储存单元之间设有恒流柱塞泵。
11、所述注入井和所述采出井采用常规石油天然气开发用井。
12、第二方面，本专利技术进一步提供了一种三维条件下co2水合物封存过程的模拟方法，包括如下步骤：
13、s1、将高压反应釜内部完全填充模拟沉积物，再充入模拟海水，以完全驱替所述模拟沉积物孔隙中的空气，使其从所述高压反应釜的釜顶排出；关闭所述高压反应釜的釜顶阀门，然后向所述高压反应釜内加压，当所述高压反应釜内压力达到目标压力时，停止充入所述模拟海水；
14、s2、开启注入井，将液态co2注入到所述高压反应釜内，同时开启采出井，控制所述采出井的压力低于所述注入井的压力，所述液态co2在所述高压反应釜内以水合物的形式封存，驱替所述模拟沉积物中孔隙内的流体，使其从所述采出井排出，经气液分离，液体称重，分别收集液体和气体；
15、s3、当没有流体排出时，或者所述注入井或所述采出井发生堵塞时，停止注入所述液态co2，关闭所述注入井和所述采出井，并打开恒压海水储存单元，使所述恒压海水储存单元中的所述模拟海水自由进入所述高压反应釜内，当所述模拟海水不再进入时，即视为所述高压反应釜内达到平衡状态，co2封存完毕。
16、步骤s1的目的是为了模拟海底的真实情况。
17、步骤s1中，所述高压反应釜的工作环境为：2-4℃水浴，优选为3℃水浴。
18、步骤s1中，所述模拟沉积物为石英砂。所述模拟沉积物的粒径为1-100μm，优选为300-600目石英砂。
19、步骤s1中，所述模拟海水为氯化钠溶液，其浓度为30-40g/l，优选为35g/l。
20、步骤s1中，所述模拟海水的充入速度为5-20ml/min，优选为10ml/min。
21、步骤s1中，所述目标压力为6-12mpa，优选为8mpa。
22、步骤s2中，所述液态co2的理化指标为：温度为15-25℃，优选为25℃，压力为6-12mpa，优选为8mpa。
23、步骤s2中，所述液态co2的注入速度为5-20ml/min，优选为10ml/min。
24、步骤s2中，所述注入井的压力范围为8.3-8.5mpa，所述采出井的压力范围为8-8.2mpa，所述注入井低与所述采出井的压力差范围为0.3-0.5mpa。
25、步骤s2中，所述液态co2生成所述水合物的生成条件为：温度为3℃，压力为8mpa。
26、步骤s3中，关闭所述注入井和所述采出井后，因水合物继续生成，所述高压反应釜内压力会持续降低，因此打开恒压海水储存单元，使模拟海水自由进入所述高压反应釜内，维持所述高压反应釜内的初始压力。
27、本专利技术取得的有益效果如下：
28、1、本专利技术提供的实验装置，能够有效模拟海底沉积物环境和海水饱和状态，使海水充满整个沉积层。其中，双井注入-排出的封存模式，能有效避免注入过程中引起的压力过高，增加了封存过程的安全性；内室中分布多个高精度温度传感器，且分布均匀、广泛、密度大，能监测到反应釜内各个区域的温度，能详细观察由于孔隙内流体引起的温度变化，可实时分析co2流动运移和水合物固化区域，从而更加准确的判断出流体流动运移或水合物生成过程；在封存后，采用外接恒压水罐的方式模拟海水自由渗透的过程，使模拟过程更加真实，结果更加可靠。
29、2、本专利技术提供的模拟方法主要是模拟液态、超临界态和乳液态co2注入海底沉积物过程，可分析液态co2注入水饱和海底沉积物时的流动和固化行为，通过恒压进水量计算不同相态co2储量和水合物固化量。该co2封存方式为固相水合物封存，其具有稳定性好、储量巨大、封藏地点分布广泛(高压低温的海底和永久冻土地带)等优势。总之本专利技术提供的模拟方法具有安全可靠、作用范围广、工作效率高的优点。
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1.一种三维条件下CO2水合物封存过程的模拟装置，包括高压反应釜；
2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述高压反应釜上设有多个温度传感器；
3.根据权利要求1或2所述的模拟装置，其特征在于：所述注入井与所述CO2储存单元之间设有恒流柱塞泵。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述模拟装置实现CO2水合物封存过程的模拟方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于：步骤S1中，所述高压反应釜的工作环境为：2-4℃水浴；
6.根据权利要求4或5所述的模拟方法，其特征在于：步骤S1中，所述模拟海水为氯化钠溶液，其浓度为30-40g/L；
7.根据权利要求4-6任一项所述的模拟方法，其特征在于：步骤S2中，所述液态CO2的理化指标为：温度为15-25℃、压力为6-12MPa；
8.根据权利要求4-7任一项所述的模拟方法，其特征在于：步骤S2中，所述注入井的压力范围为8.3-8.5MPa，所述采出井的压力范围为8-8.2MPa。
9.根据权利要求4-8任一项所述的模
10.根据权利要求4-9任一项所述的模拟方法，其特征在于：步骤S2中，所述液态CO2生成所述水合物的生成条件为：温度为3℃，压力为8MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种三维条件下co2水合物封存过程的模拟装置，包括高压反应釜；
2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述高压反应釜上设有多个温度传感器；
3.根据权利要求1或2所述的模拟装置，其特征在于：所述注入井与所述co2储存单元之间设有恒流柱塞泵。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述模拟装置实现co2水合物封存过程的模拟方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于：步骤s1中，所述高压反应釜的工作环境为：2-4℃水浴；
6.根据权利要求4或5所述的模拟方法，其特征在于：步骤s1中，所述模拟海水为氯化钠溶液，其浓度为30-40g...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞维新，李清平，周守为，温慧芸，孙漪霏，胡风，葛阳，周云健，张笑寒，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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