【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气钻采，尤其涉及一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜及方法。
技术介绍
1、在高寒区域和深水区域的油气及天然气水合物钻采过程中，由于低温高压的工作环境，钻采井筒内极易发生水合物相变，引发水合物生成和堵塞风险，因此，制定经济高效的水合物防治方案是建立油气储层钻井和采油方案的重要组成部分。现阶段，制定水合物防治方案是通过室内实验和数值模拟相结合的手段，首先开展地层流体水合物相平衡、生成和抑制剂评价实验，再构建水合物生成预测模型，最终计算油气和天然气水合物储层钻采井全生产寿命周期内的水合物防治方案。因此，室内实验是制定水合物防治方案的基础。
2、现有的实验手段中，多相流动环路由于测试管段长、装置体积大、实验误差高等原因，主要用于开展多相流条件下的水合物生成、运移、沉积和堵塞评价性实验；
3、而水合物相平衡和生成实验最初是利用搅拌式反应釜所开展，如：
4、中国专利cn215277285公开了一种天然气水合物合成反应釜，包括筒体、上密封盖、下密封盖，设有移动减重结构，可以方便反应釜移动，为一种搅拌式反应釜。
5、中国专利cn114053979公开了一种天然气水合物合成、分解和抑制模拟装置及方法，包括反应釜、第一压力检测件、抽真空机构、注气机构、温度控制机构及重搅拌机构，改装置可以通过重量检测筛板测量天然气水合物的重量并记录，为一种搅拌式反应釜。
6、搅拌式反应釜内装备了搅拌桨，通过搅拌釜体内的气液流体达到模拟多相流动过程中气液搅拌的现象，但是，在实际实验中由
7、近年来，摇摆式反应釜开始被用于水合物相平衡、生成和抑制剂评价实验，摇摆式反应釜通过左右或者前后摇摆，使釜内流体晃动，达到模拟多相流体流动的目的，对比搅拌式反应釜，摇摆式反应釜具备结构简单、实验误差小、操作方便等优点。
8、根据对国内外现行的天然气水合物摇摆式反应釜装置的调研发现，在油气和天然气水合物钻采领域内，国内外针对天然气水合物摇摆式反应釜的研发还远远不够。所涉及的主要专利如：中国专利cn104807821b，公开了一种评价水合物抑制剂性能的摇摆反应装置，包括恒温箱、进气系统、进液系统、置于恒温箱内的高压反应釜、摇摆系统和数据采集系统。可通过摇摆系统对高压反应釜进行周期性摇摆，以模拟管道内的气液扰动，并能够评价低剂量的水合物抑制剂性能。
9、摇摆式反应釜主要存在以下问题待解决：
10、摇摆式反应釜需要将整个反应釜及摇摆系统放置到一个大的恒温水浴池内，温度不易控制，另外，摇摆式反应釜可控的釜内环境变量较少，影响实验正常进行；
11、针对上述问题，本专利提出一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜及方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于：实现实验环境易控制以及增加可控制的釜内实验环境变量的数量。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
2、一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，包括如下步骤：
3、使多通阀连接反应釜与抽真空系统，通过抽真空系统对反应釜进行抽真空；
4、启动温控系统，冷却反应釜和注液系统；
5、启动摇摆系统，摇晃反应釜；
6、使多通阀连接反应釜与注液系统，使用注液系统向反应釜内注水；
7、使多通阀连接反应釜与注气系统，通过注气系统向反应釜内进行第一次注气，第一次注气完毕后，关闭注气系统；
8、当反应釜内压力保持不变时，再次通过注气系统向反应釜进行第二次注气；
9、通过注气系统维持反应釜内部压力，记录反应釜内压力为p1；
10、记录气体注入量vgas,inject，计算水合物生成量nhydr。
11、进一步地，通过抽真空系统对反应釜进行抽真空的方法如下：
12、打开阀门a，启动真空泵，排空反应釜内空气，直至内部压力降低到第一压力值，关闭真空泵和阀门a。
13、进一步地，使用注液系统向反应釜内注水的方法如下：
14、打开阀门b，通过手摇泵向反应釜内注入储存在配制罐内的水，当注入预定量的水后，关闭手摇泵和阀门b。
15、进一步地，第一次注气的方法如下：
16、打开阀门c，开始向反应釜注气，需要保持釜体内压力低于气体水合物的相平衡压力，注气完毕后，关闭阀门c。
17、进一步地，通过注气系统维持反应釜内部压力的方法如下：
18、在注气系统内，调节减压阀以增加高压气瓶组出口压力，调节背压阀以增加向反应釜内的注入压力，直至注入压力达到第二压力值，此时，气体注入压力等于釜体内压力，压力维持不变。
19、进一步地，在使用注液系统之前，可根据需要选择是否启用加砂系统向反应釜内加砂。
20、进一步地，加砂系统的启用方式如下：
21、按照实验需求配置好水-砂混合溶液；
22、打开阀门d，利用供气设备带动活塞移动，将气缸内的水砂混合液推入反应釜；
23、关闭阀门d，利用供气设备带动活塞移动到初始位置。
24、进一步地，可选择在第二次注气之后再次向反应釜内注液，此次注液的液体成分为水合物抑制剂。
25、进一步地，水合物生成量的计算公式为：
26、vhydr＝gas,inject，
27、式中，vhydr水合物生成体积，m3；vgas，inject为第二次注入釜体内气体体积，m3；nhydr为水合物生成摩尔数，mol；p1为第二次气体注入后的压力，pa；z1为p1时刻的气体压缩因子；t1为p1时刻的温度，k；r为理想气体常数，8.314j/(mol·k)。
28、进一步地，在第二次注气完毕后，可关闭注气系统，记录关闭注气系统时反应釜内压力p1，记录反应釜内压力降低到恒定之后的压力p2。
29、水合物生成量的计算公式为：
30、
31、式中，p2为实验结束时刻的压力，pa；v2为p2时刻的气体体积，m3；z2为p2时刻的气体压缩因子；t2为p2时刻的温度，k；nhydr为水合物生成摩尔数，mol；n1为p1时刻的气体摩尔数，mol；n2为p2时刻的气体摩尔数，mol。
32、进一步地，在反应釜内物质反应过程中，可使用压力传感器、温度传感器、位移传感器、高清摄像机分别记录压力、温度、参照物位移以及反应过程。
33、一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，包括：反应釜、摇摆系统以及环境控制系统；
34、所述反应釜，由若干个并联的釜体构成；
35、所述摇摆系统，用于带动所述反应釜摆动；
36、所述环境控制系统，用于控制反应釜内部环境变量，包括但不限于：温控系统、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，通过抽真空系统对反应釜进行抽真空的方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，使用注液系统向反应釜内注水的方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，第一次注气的方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，通过注气系统维持反应釜内部压力的方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在使用注液系统之前，可根据需要选择是否启用加砂系统向反应釜内加砂。
7.根据权利要求3所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，加砂系统的启用方式如下：
8.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征
9.根据权利要求1-8任一所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，水合物生成量的计算公式为：
10.根据权利要求1-8任一所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在第二次注气完毕后，可关闭注气系统，记录关闭注气系统时反应釜内压力P1，记录反应釜内压力降低到恒定之后的压力P2。
11.根据权利要求10所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，水合物生成量的计算公式为：
12.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在反应釜内物质反应过程中，可使用压力传感器、温度传感器、位移传感器以及高清摄像机，分别记录压力、温度、参照物位移以及反应过程。
13.一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，包括：反应釜、摇摆系统以及环境控制系统；
14.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述釜体为内外双层管结构，其内层为实验空间，其外层用于连通温控系统。
15.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述抽真空系统，包括：真空泵、缓冲瓶、阀门A，所述真空泵依次连接所述阀门A以及所述多通阀，所述缓冲瓶连接于所述阀门A与所述真空泵的连接管道上。
16.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述注液系统，包括：手摇泵、配制罐以及阀门B，所述配制罐依次连接手摇泵、阀门B以及所述多通阀。
17.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述注气系统，包括：高压气瓶组、减压阀、气体质量流量计、背压阀和阀门C，所述高压气瓶组依次连接减压阀、气体质量流量计、背压阀、阀门C以及所述多通阀。
18.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述环境控制系统还包括：加砂系统；
19.根据权利要求18所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述加砂系统，包括：气缸、活塞、供气设备以及加料箱；
20.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述摇摆系统包括：铝合金框架、传动装置和电动机，所述反应釜安装于铝合金框架上，所述电动机通过所述传动装置与所述铝合金框架动力连接，用于使铝合金框架左右或前后摇摆，摇摆幅度为0～90°，周期为0.1～3s。
21.根据权利要求13所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，还包括：数据采集系统，所述数据采集系统包括：压力传感器、温度传感器、位移传感器以及高清摄像机和计算机；
22.根据权利要求16所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述配制罐为内外双层管结构，其内层为储液空间，其外层用于连通温控系统。
23.根据权利要求13-22任一所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，所述温控系统，可以是恒温水浴机或工业冷水机。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，通过抽真空系统对反应釜进行抽真空的方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，使用注液系统向反应釜内注水的方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，第一次注气的方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，通过注气系统维持反应釜内部压力的方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在使用注液系统之前，可根据需要选择是否启用加砂系统向反应釜内加砂。
7.根据权利要求3所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，加砂系统的启用方式如下：
8.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，可选择在第二次注气之后再次向反应釜内注液，此次注液的液体成分为水合物抑制剂。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，水合物生成量的计算公式为：
10.根据权利要求1-8任一所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在第二次注气完毕后，可关闭注气系统，记录关闭注气系统时反应釜内压力p1，记录反应釜内压力降低到恒定之后的压力p2。
11.根据权利要求10所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，水合物生成量的计算公式为：
12.根据权利要求1所述的一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应的方法，其特征在于，在反应釜内物质反应过程中，可使用压力传感器、温度传感器、位移传感器以及高清摄像机，分别记录压力、温度、参照物位移以及反应过程。
13.一种模拟多相流动条件下的天然气水合物反应釜，其特征在于，包括：反应釜、摇摆系统以及环境控制系统；
14.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏伟，付玮琪，韩维峰，于璟，张巧珍，隆惠清，张彤彤，朱琴，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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