一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬實驗裝置製造方法
2023-04-23 10:33:11 1
一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬實驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其包括高壓反應釜、地層模擬單元與含水層維持單元，其中，所述高壓反應釜的外壁設置有外接恆溫水浴的水浴夾套，以提供高壓反應釜所需的溫度條件，高壓反應釜頂部中央布置有外接注液注氣以及產氣產水設備的模擬井，高壓反應釜底部設有一含水層接口，所述地層模擬單元設置於高壓反應釜中，所述含水層維持單元通過管路與含水層接口連接。本發明所述模擬裝置可以真實的模擬水合物藏地質環境，可以更加真實的模擬天然氣水合物開採過程，具有更高的可靠性與準確性，對地層不同滲透率、不同地層壓力梯度下的水合物開採進行綜合評估，為天然氣水合物開採提供指導。
【專利說明】一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及天然氣水合物開發領域，一套針對實際地質環境下進行相關模擬研究的實驗裝置，特別是涉及一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]天然氣水合物是指天然氣與水在一定溫度和壓力下生成的一種籠狀晶體物質，可以以多種方式存在於自然界中。由於其巨大的儲量以及清潔高效的特性，被認為是一種潛在的替代能源。如果能夠有效、快速、經濟的開採天然氣水合物，可以緩解與日俱增的能源壓力。因此，對天然氣水合物開採方法的研究，是油氣工程領域亟待解決的重要問題。
[0003]現有的開採方法大體上可分為以下三類:熱力開採法，化學劑開採法，降壓開採法。其中降壓法是最早被提出來並被認為是簡單經濟、有效的一種方法，其主要是通過降低水合物藏的壓力到天然氣水合物的平衡分解壓力以下，從而促使天然氣水合物分解，開採水合物層之下的游離氣是降低儲層壓力的一種有效方法。然而，降壓法也具有水合物分解速度緩慢，開採周期長的缺點。同時，由於天然氣水合物主要賦存於深水的海底沉積物中，如何降壓也是一個難點問題。根據數值模擬研究發現，由於降壓過程中海水對水合物藏的滲透作用，巨大的產水量嚴重影響了降壓效率以及水合物分解速度。目前對天然氣水合物開採技術的研究主要利用實驗室模擬，但現有的實驗設備相對比較簡單，主要採用定容的方法合成與分解水合物，難以真實的模擬實際的海洋地質條件，特別是缺少模擬天然氣水合物開採過程中海水以及含水層對天然氣水合物藏滲透過程的實驗設備，造成實驗模擬結果與數值模擬結果的不匹配，也難以真實的反應實際地質條件下的水合物開採過程。
【發明內容】
[0004]針對以上不足，本發明提供一種模擬可滲透邊界層的天然氣水合物開採模擬裝置，其通過高壓反應釜、地層模擬單元與含水層維持單元真實的模擬水合物藏地質環境，從而更加真是對成藏與開採過程進行綜合評估，為天然氣水合物開採提供指導。
[0005]為了實現上述目的，本發明採取的技術方案是:
[0006]一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其包括高壓反應釜、地層模擬單元與含水層維持單元，其中，所述高壓反應釜的外壁設置有外接恆溫水浴的水浴夾套，以提供高壓反應釜所需的溫度條件，高壓反應釜頂部中央布置有外接注液注氣以及產氣產水設備的模擬井，高壓反應釜底部設有一含水層接口，所述地層模擬單元設置於高壓反應釜中，所述含水層維持單元通過管路與含水層接口連接。
[0007]所述高壓反應釜內部為圓柱形，該高壓反應釜的內部設有圍壓夾套，圍壓夾套通過圍壓接口連接圍壓泵，以通過圍壓泵控制圍壓壓力。
[0008]所述地層模擬單元包括水合物層、低滲透層與含水層，所述水合物層、低滲透層與含水層由上至下置於圍壓夾套中，通過加載圍壓避免不同模擬地層之間的氣水串流。
[0009]所述水合物層填充為石英砂，再由模擬井注入所需溶液與氣體形成水合物。
[0010]所述低滲透層為陶瓷板，該陶瓷板的滲透率與厚度根據實驗要求製備。
[0011]所述含水層為多孔礫巖。
[0012]所述含水層維持單元包括氮氣瓶、減壓閥、氣體增壓泵、高壓儲氣罐、第一壓力控制閥、低壓儲氣罐、第二壓力控制閥、儲液容器、電子天平、平流泵、儲液罐；其中:
[0013]所述儲液罐底部通過管路連接含水層接口以與含水層相連，用於補充含水層的水以及維持含水層壓力；
[0014]所述氮氣瓶依次通過減壓閥、氣體增壓泵與高壓儲氣罐相連；高壓儲氣罐通過第一壓力控制閥與儲液罐相連，通過第一壓力控制閥由高壓儲氣罐向儲液罐中注入高壓氮氣以維持含水層的壓力，模擬含水層與水合物層的壓差；
[0015]所述儲液容器放置於電子天平上，儲液容器通過平流泵與儲液罐相連，用於向儲液罐中補充水；
[0016]所述儲液罐頂部通過第二壓力控制閥與低壓儲氣罐相連。
[0017]所述儲液罐中設有液位計，用於測量儲液罐中剩餘水量。
[0018]當儲液罐中剩餘水量少於1/3時，通過平流泵將儲液容器中的水注入到儲液罐中，對儲液te進彳丁補液。
[0019]在儲液罐補液過程中，關閉第一壓力控制閥，同時打開第二壓力控制閥，將由水排出的氣體注入到低壓儲氣罐中以維持儲液罐與含水層的壓力穩定，根據高壓儲氣罐與低壓儲氣罐中的壓力變化以及注水量計算獲得含水層向水合物層的滲水量。
[0020]綜上，本發明的優點是:本發明所述實驗裝置可以真實的模擬水合物藏地質環境，從而更加真是對成藏與開採過程進行綜合評估，為天然氣水合物開採提供指導。該模擬系統的實驗過程簡單易行，各模擬過程的可操作性強且具有實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明實施例的結構示意圖。
[0022]附圖標記說明:
[0023]1-高壓反應釜，2-圍壓夾套，3-圍壓泵，4-圍壓接口，5-水浴夾套，6-模擬井，7-水合物層，8-低滲透層，9-含水層，10-含水層接口，11-氮氣瓶，12-減壓閥，13-氣體增壓泵，14-高壓儲氣罐，15-壓力控制閥，16-低壓儲氣罐，17-壓力控制閥，18-儲液容器，19-電子天平，20-平流泵，21-儲液_，22-液位計。
【具體實施方式】
[0024]為了更好地理解本發明，下面結合附圖對本發明作進一步的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0025]實施例
[0026]本發明的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬系統，其結構圖如圖1所示，它包括高壓反應釜1，地層模擬單元與含水層維持單元。高壓反應釜I內部為圓柱形，內部設有圍壓夾套2，高壓反應釜I外壁設置有水浴夾套5，可外接恆溫水浴用於提供所需的溫度條件；高壓反應釜I頂部中央布置有模擬井6，模擬井6可外接注液注氣以及產氣產水設備。地層模擬單元包括水合物層7、低滲透層8與含水層9。含水層維持單元包括氮氣瓶11、減壓閥12、氣體增壓泵13、高壓儲氣罐14、壓力控制閥15、低壓儲氣罐16、壓力控制閥17、儲液容器18、電子天平19、平流泵20、儲液罐21、液位計22。
[0027]水合物層7填充為石英砂，再由高壓反應釜I中的模擬井6注入所需溶液與氣體形成水合物。低滲透層8為低滲透率陶瓷板，其滲透率與厚度可根據實驗要求製備。含水層9為高滲透率多孔礫巖。
[0028]圍壓夾套2通過圍壓接口 4連接圍壓泵3，通過圍壓泵3控制圍壓壓力。水合物層
7、低滲透層8與含水層9由上至下置於圍壓夾套2中，通過加載圍壓避免不同模擬地層之間的氣水串流。
[0029]含水層維持單元中的儲液罐21底部通過管路連接高壓反應釜I底部的含水層接口 10，與含水層9相連，用於補充含水層9的水以及維持含水層9壓力。
[0030]含水層維持單元中氮氣瓶11通過減壓閥12、氣體增壓泵13與高壓儲氣罐14相連；高壓儲氣罐14通過壓力控制閥15與儲液罐21相連。通過壓力控制閥15由高壓儲氣罐14向儲液罐21中注入高壓氮氣以維持含水層9的壓力，模擬含水層9與水合物層7的壓差。
[0031]儲液容器18通過平流泵20與儲液罐21相連，用於向儲液罐21中補充水。儲液罐21中設有液位計22，用於觀察儲液罐21中剩餘水量。儲液罐21頂部通過壓力控制閥17與低壓儲氣罐16相連。當儲液罐21中剩餘水量少於1/3時，通過平流泵20將儲液容器18中的水注入到儲液罐21中。在補液過程中，關閉壓力控制閥15，同時打開壓力控制閥17，將由補液時進入儲液罐21中的水從儲液罐21中所排出的氣體注入到低壓儲氣罐16中以維持儲液罐21與含水層9的壓力穩定。根據液位計22測量的水量變化與注水量計算獲得含水層9向水合物層7的滲水量。，滲水量計算方程如下所示:
[0032]Q = W1H (I)
[0033]式中:
[0034]Q:含水層9向水合物層7的滲水量。
[0035]W1:儲液罐初始水量。
[0036]W2:儲液罐實時水量。
[0037]W1:實驗過程中向儲液罐注水量。
[0038]應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，其包括高壓反應釜(I)、地層模擬單元與含水層維持單元，其中，所述高壓反應釜(I)的外壁設置有外接恆溫水浴的水浴夾套(5)，以提供高壓反應釜(I)所需的溫度條件，高壓反應釜(I)頂部中央布置有外接注液注氣以及產氣產水設備的模擬井出)，高壓反應釜(I)底部設有一含水層接口(10)，所述地層模擬單元設置於高壓反應釜(I)中，所述含水層維持單元通過管路與含水層接口(10)連接。
2.如權利要求1所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述高壓反應釜(I)內部為圓柱形，該高壓反應釜(I)的內部設有圍壓夾套(2)，圍壓夾套(2)通過圍壓接口(4)連接圍壓泵(3)，以通過圍壓泵(3)控制圍壓壓力。
3.如權利要求2所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述地層模擬單元包括水合物層(7)、低滲透層(8)與含水層(9)，所述水合物層(7)、低滲透層(8)與含水層(9)由上至下置於圍壓夾套(2)中，通過加載圍壓避免不同模擬地層之間的氣水串流。
4.如權利要求3所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述水合物層(7)填充為石英砂，再由模擬井(6)注入所需溶液與氣體形成水合物。
5.如權利要求3所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述低滲透層(8)為陶瓷板，該陶瓷板的滲透率與厚度根據實驗要求製備。
6.如權利要求3所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述含水層(9)為多孔碌巖。
7.如權利要求3-6任一項所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述含水層維持單元包括氮氣瓶(11)、減壓閥(12)、氣體增壓泵(13)、高壓儲氣罐(14)、第一壓力控制閥(15)、低壓儲氣罐(16)、第二壓力控制閥(17)、儲液容器(18)、電子天平(19)、平流泵(20)、儲液罐(21);其中: 所述儲液罐(21)底部通過管路連接含水層接口(10)以與含水層(9)相連，用於補充含水層(9)的水以及維持含水層(9)壓力； 所述氮氣瓶(11)依次通過減壓閥(12)、氣體增壓泵(13)與高壓儲氣罐(14)相連；高壓儲氣罐(14)通過第一壓力控制閥(15)與儲液罐(21)相連，通過第一壓力控制閥(15)由高壓儲氣罐(14)向儲液罐(21)中注入高壓氮氣以維持含水層(9)的壓力，模擬含水層(9)與水合物層(7)的壓差； 所述儲液容器(18)放置於電子天平(19)上，儲液容器(18)通過平流泵(20)與儲液罐(21)相連，用於向儲液罐(21)中補充水； 所述儲液罐(21)頂部通過第二壓力控制閥(17)與低壓儲氣罐(16)相連。
8.如權利要求7所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，所述儲液罐(21)中設有液位計(22)，用於測量儲液罐(21)中剩餘水量。
9.如權利要求8所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，當儲液罐(21)中剩餘水量少於1/3時，通過平流泵(20)將儲液容器(18)中的水注入到儲液罐(21)中，對儲液罐(21)進行補液。
10.如權利要求9所述的可滲透邊界層天然氣水合物開採模擬裝置，其特徵在於，在儲液罐(21)補液過程中，關閉第一壓力控制閥(15)，同時打開第二壓力控制閥(17)，將由水排出的氣體注入到低壓儲氣罐(16)中以維持儲液罐(21)與含水層(9)的壓力穩定，根據液位計(22)測量的水量變化與注水量計算獲得含水層(9)向水合物層(7)的滲水量，滲水量計算方程如下:
Q = W1-W^ffi
式中: Q:含水層(9)向水合物層(7)的滲水量； W1:儲液罐初始水量； W2:儲液罐實時水量； W1:實驗過程中向儲液罐注水量。
【文檔編號】E21B43/01GK104405345SQ201410559230
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】李小森, 張鬱, 王屹, 李剛, 陳朝陽, 徐純剛 申請人:中國科學院廣州能源研究所