[發明專利]一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201010292560.0
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101963057A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 李小森;李剛;陳朝陽;張郁
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江;黃培智

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采技術，尤其涉及一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置。

背景技術

天然氣水合物是在一定條件(合適的壓力、溫度、氣體飽和度、水的鹽度和pH值等)下由水和天然氣組成的類冰的籠形結晶化合物，其遇火即可燃燒，俗稱“可燃冰”，在自然界中存在的水合物絕大部分是甲烷水合物。一般說來，從水合物分解得到的甲烷是水合物體積的160多倍，其以固態形式存在的天然氣總量是地球上煤、石油等化石燃料的2倍，所以天然氣水合物成了21世紀最重要的戰略資源。此外，甲烷含碳量少于煤或石油，甲烷產生的二氧化碳僅僅是煤的一半，是一種比較清潔的能源。

運用能量平衡條件等計算表明，在假設無能量損失的情況下，從水合物氣體中獲得的能量是分解水合物能量的15.5倍，因此開采天然氣水合物具有一定的商業價值，是各發達國家爭相研究的前沿熱點，但是由于天然氣水合物的開采面臨著經濟和技術上的可行性問題，天然氣水合物的開發技術目前主要處于實驗研究階段。

天然氣水合物開采的思路基本上是首先將蘊藏于沉積物中的天然氣水合物進行分解，然后加以利用。當前提出的方法主要有以下三類：(1)熱力開采法，主要是將蒸汽、熱水、熱鹽水或其它熱流體從地面泵入天然氣水合物儲層，或采用火驅法、利用地熱等諸多方法促使儲層溫度上升而達到水合物分解的目的；(2)化學劑開采法，主要是利用一些化學劑，諸如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等來改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩定溫度，以達到分解的目的；(3)降壓開采法，主要是通過降低壓力而引起天然氣水合物穩定的相平衡曲線的移動，從而促使天然氣水合物分解。

目前，研究天然氣水合物有效、快速、經濟的開采方法，為大規模開采天然氣水合物提供理論依據，是緩解與日俱增的能源壓力的有效途徑

發明內容

本發明的目的在于提供一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置。

為實現以上目的，本發明采取了以下的技術方案：本發明天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置是一套天然氣水合物三維模型，為耐壓范圍為5～40MPa，耐溫范圍為-30～300℃，耐腐蝕(如醇類和鹽類等腐蝕性溶液)，內腔容積為50～500L的球形或圓柱形或方形不銹鋼反應釜。三維模型內為密封的模擬腔，三維模型由筒體、上法蘭和下法蘭組成，筒體、上法蘭和下法蘭之間的密封腔形成封閉的模擬腔。上法蘭和筒體以及下法蘭和筒體之間分別使用若干螺栓接連固定。

在模擬腔內部，包括有從上到下依次分布的上蓋層、水合物層、游離氣或水層和下蓋層。

所述上蓋層和下蓋層均由低滲透的巖石組成，水合物層和游離氣或水層均含有沉積物；所述水合物層與游離氣或水層之間由半滲透隔板層分隔，水合物層和游離氣或水層間氣體和水等流體流動均通過半滲透隔板層。

所述半滲透隔板層包括只滲透水不滲透氣體和只滲透氣體不滲透水兩種耐腐蝕的半滲透隔板層，其耐壓范圍為5～40MPa，耐溫范圍為-30～300℃；所述半滲透隔板層由1～20個半滲透隔板組成，每個半滲透隔板的表面積為0.01～0.1m²。

所述半滲透隔板層上、下表面分別為水平表面或中間高、兩邊低的弧狀表面，該弧狀表面有利于必要時將半滲透隔板層上方聚集的液體流向四周，使中心區域具有更理想的透氣效果。

所述半滲透隔板層中每一個半滲透隔板都鑲嵌于圓柱形或方形不銹鋼平板內并可拆卸、替換，通過不銹鋼平板水平固定在模擬腔內部，不銹鋼平板緊貼模擬腔內壁密封，并且可拆卸。

上法蘭和下法蘭中部分別開有上端氣液口和下端氣液口。固定于上法蘭的上端氣液口延伸到上蓋層和水合物層的交界面附近，便于直接向水合物層注入溶液。固定于下法蘭的下端氣液口延伸到游離氣或水層和下蓋層的交界面附近，便于直接向游離氣或水層注入溶液。

所述不銹鋼反應釜為球形或圓柱形或方形。

本發明的主要創新之處在于：將天然氣水合物三維模型內部介質進行分層，形成上蓋層、水合物層、游離氣或水層和下蓋層從上到下依次分布天然氣水合物地質分層結構，并利用只滲透水不滲透氣體和只滲透氣體不滲透水兩種半滲透隔板層將水合物層和游離氣或水層進行分隔，以模擬實際海底或者凍土帶地層內天然氣水合物藏地質分層情況。