[發明專利]一種天然氣水合物流化分解與分離實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201710945062.3
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107656033B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 李愛蓉;羅丹;王杰
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 成都市鼎宏恒業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51248
• 代理人: 謝敏

本發明公開了一種天然氣水合物流化分解與分離實驗裝置及實驗方法，包括原料氣供給系統、恒溫系統、流化床分解與分離系統、在線圖像采集和溫壓數據采集系統等。所述的流化床錐底有氣體分布板，均勻分布流化氣；流化床分離段、中部和密相段設有可視窗口，在線觀察水合物分解形貌的變化及多相流態化過程特征；設有溫度、壓力傳感器實時采集流化床內溫度和壓力數據。該實驗裝置及方法可開展水合物動態分解過程傳熱、傳質規律研究。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采技術領域，尤其是涉及一種研究海洋天然氣水合物分解和 產物分離的多功能實驗裝置及實驗方法。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展，能源短缺問題也越來越引起了人們的重視，迫切需要尋找和開發新的替代能源。因此，近年來海洋天然氣水合物的開采也已成為世界各國關注的熱點。天然氣水合物是由甲烷氣體分子和水分子在低溫高壓條件下形成的一種具有籠狀結構的似冰狀結晶化合物，主要賦存于海洋沉積物和永久凍土層中，是資源量最大的非常規能源之一。一般來說，1 m3的天然氣水合物可釋放出164.0 m³標準態的甲烷和0.87 m³的水。據國際天然氣潛力委員會統計估算，若將世界各大洋天然氣水合物的總量換算成甲烷氣體約為1.8～2.1×10¹⁶ m³，約是全世界煤、石油和天然氣總儲量的兩倍。而我國僅南海海域天然氣水合物的總量就將近有643.5～772.2億噸油當量，相當于陸上油氣總資源量的一半以上。由此可見，海洋天然氣水合物是我國重要的高效清潔替代能源之一。

我國也已于2017年5月在南海神狐海域連續試采天然氣水合物60天，累計試采產氣量超過30萬立方，取得了持續產氣時間最長、產氣總量最大、氣流穩定和環境安全等多項重大突破性成果。目前針對飽和度高、地層滲透性好的成巖水合物已有熱激、減壓、注劑、CO₂置換和固體開采等開采技術，其基本思想都是在海下井底將水合物分解，使水合物以甲烷氣體形式采出，但是這些方法都存在一定的局限性，即開采過程中的防砂問題。在2013年和2017年日本兩次試采實驗均是由于受到出砂問題困擾而終止試采。可見，在海下井底實現水合物的高效快速分解和甲烷氣體的安全快速分離是海洋天然氣水合物開采過程的核心步驟，是天然氣水合物開采技術必不可少的重要組成部分。因此，急需在實驗室條件下模擬海洋天然氣水合物開采過程中的水合物分解、甲烷氣體分離及防止砂礫流入輸送管道等的實驗研究，以為我國海洋天然氣水合物的開采提供理論依據和基礎實驗數據。

目前關于天然氣水合物快速分解與分離的實驗研究主要集中在靜態條件下進行的。中國科學院廣州能源研究所李小森等人設計了“一種研究天然氣水合物分解過程中多孔介質骨架變化的實驗裝置及實驗方法”（CN201510404617.4），可以在氣液固三相分離單元內完成水合物的分解與甲烷氣體的分離，并實時計量水合物分解后的氣液固三相產出的數據；該方法是在靜態條件下等水合物完全分解后，再用篩網除砂器和氣液分離器進行水合物分解產物氣液固的三相分離。中國地質調查局油氣資源調查中心王平康等人開發的“一種合成與分解混合氣體水合物的實驗裝置”（CN201611076147.4），針對的是不含海洋沉積物的純天然氣水合物的合成與分解實驗，在整個實驗系統中僅設計了氣水分離器，不能進行海洋中含沉積物天然氣水合物的分解實驗。西南石油大學黃婷等提出的“一種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動的實驗裝置”（CN201610015678.6），提出用水平、傾斜和垂直下降三種不同傾角的測試管模擬天然氣水合物顆粒氣液固三相的流動狀態。該實驗裝置主要用于測定水合物顆粒粒徑的變化規律和氣液固三相流動的狀態參量，并未涉及天然氣水合物的分解與甲烷氣體分離過程的實驗模擬。