[發明專利]CO2置換開采天然氣水合物試驗模擬裝置

有效

• 申請號: 201410208708.6
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103971577A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 劉昌嶺;趙仕俊;孫建業;劉樂樂
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00;E21B43/22
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 萬桂斌

技術領域

本發明涉及一種試驗裝置，具體地說，涉及一種采用CO2置換開采天然氣水合物的模擬裝置。

背景技術

天然氣水合物(簡稱水合物)廣泛分布于高緯度極低凍土地層和海洋深水地層環境中，具有儲量大和能量密度高等特點。隨著世界經濟的飛速發展，傳統化石燃料的消耗量越來越多，一方面導致了全球能源的日益枯竭，另一方面引起了大氣溫度的日益升高。水合物開采和降低全球溫室效應已成為研究熱點。

用CO₂置換開采水合物的原理是：通過客體分子CO₂降低水合物中CH₄分子的分壓，將CH₄分子置換出來。在置換過程中，CO₂水合物的生成過程提供了CH₄水合物分解過程所需要的熱量。該方法不僅可以采集大量的CH₄以緩解能源危機，還可以埋存大氣中過量的CO₂來降低溫室效應，同時還可以保持含水合物地層的穩定性，進而減少地質災害的發生。

專利號為2010106056318，名稱為一種CO2開采天然氣水合物的試驗模擬系統，公開了一種包括反應釜、檢測系統、數據采集系統、供氣與增加系統的試驗模擬裝置，該模擬裝置無法實現對水合物飽和度的實時監測。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種可以實現對水合物飽和度實時監測的CO₂置換開采天然氣水合物試驗模擬裝置。

本發明所述的CO₂置換開采天然氣水合物試驗模擬裝置，包括反應釜、恒溫控制系統、注氣注液系統、液體循環加熱系統、回壓控制系統、抽真空與氣液分離系統、產氣在線檢測系統和數據采集系統；

所述恒溫控制系統為恒溫浴室；

所述反應釜置于恒溫浴室內，反應釜底部安裝固定單向滲透鋼板，單向滲透鋼板與底蓋之間安裝底部加熱管，反應釜頂蓋上設有1個注氣注液口、1個產氣口，底蓋上設有1個注氣口、1個放空口和2個TDR探針孔，反應釜側壁上分層設有3個溫度測量孔；

所述注氣注液系統，包括CH₄氣瓶、CO₂氣瓶、電子天平、中間容器；所述CH₄氣瓶通過管道連通反應釜的注氣注液口，管道上設有增壓泵以及截止閥、壓力表和壓力傳感器；所述CO₂氣瓶通過管道連通反應釜的注氣注液口和反應釜底蓋上的注氣口，所述管道上安裝有壓力表、壓力傳感器和截止閥；電子天平與中間容器通過管道連通，電子天平與中間容器之間的管道上設有平流泵，中間容器通向反應釜注氣注液口的管道上設有壓力表；

所述液體循環加熱系統，包括預熱水箱、設置在反應釜注氣注液口處的U型加熱管，以及設置在單向滲透鋼板和底蓋之間的底部加熱管，所述U型加熱管兩端分別通過管路連通預熱水箱，所述底部加熱管的兩端分別通過管路連通預熱水箱，預熱水箱內設有溫度控制器和溫度探頭，預熱水箱出口處設有水泵；

回壓控制系統，包括N₂氣瓶和回壓閥，N₂氣瓶通過管道連接至反應釜頂蓋上的產氣口，連通N₂氣瓶與產氣口的管道上設有回壓閥，所述產氣口處設有放空管道，放空管道上設有安全閥和壓力傳感器；

所述抽真空與氣液分離系統，包括真空泵以及氣液分離器，氣液分離器通過管道連通回壓閥，氣液分離器的底部設有出液管道及截止閥，氣液分離器與真空泵之間設有干燥筒，干燥筒與真空泵之間的管道上設有壓力表；

所述的產氣在線檢測系統為氣相色譜儀，氣相色譜儀通過管道連接在干燥筒與真空泵之間；

所述的數據采集系統，包括相互連接的工控機和數據采集器，所述數據采集器與模擬試驗裝置中的溫度探頭、壓力傳感器、TDR信號采集器連接，所述的TDR信號采集器連接TDR信號探針，所述TDR信號探針固定在反應釜底蓋的TDR探針孔內。

采用TDR探針可實現對水合物飽和度的實時監測，同時反應釜內設置的單向滲透鋼板，可保證氣體分子從下而上穿過單向滲透鋼板，水分子不能從上而下穿過單向滲透鋼板，為模擬海洋地層環境提供了保證。反應釜底部加熱管則可有效防止含水合物制備過程中固體水合物堵塞鋼板的滲透通道，反應釜頂部的U型加熱管，為水合物的分解提供恒溫熱源。

優選的，所述反應釜安裝于小車上，下車下安裝滾輪，方便反應釜進出恒溫浴室。

優選的，所述反應釜的頂蓋和底蓋與反應釜主體采用卡箍固定，采用卡箍固定，便于頂蓋和底蓋的拆卸，便于填充多孔介質和試驗后的清洗。