[發明專利]一種天然氣水合物開采監測模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 201711009911.0
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107842341A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 陳偉;周建良;朱淵;李清平;謝仁軍;毛冬麟;盛磊祥;陳國明;許亮斌;何玉發
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B47/07;E21B47/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,孫楠

技術領域

本發明屬于新能源開發實驗技術領域，特別是涉及一種天然氣水合物開采監測模擬裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物Natural Gas Hydrate又稱“可燃冰”，是由水和天然氣在特定高壓低溫環境下形成的冰態、結晶狀、超分子、籠形化合物，主要分布在水深大于300m的海洋及陸地永久凍土帶，其中海洋天然氣水合物資源是全球性的。天然氣水合物的顯著特點是分布廣、儲量大、高密度、高熱值，1m³天然氣水合物可以釋放出164m³甲烷氣。據估計，全球天然氣水合物的資源總量換算成甲烷氣體其有機碳儲量相當于全球已探明礦物燃料煤炭、石油和天然氣等的兩倍。因此，天然氣水合物被各國視為未來石油天然氣的替代能源。若能合理開發利用天然氣水合物，對于改善能源結構保護環境，促進經濟的發展具有重大意義。因此，目前世界各國都在不斷深入對天然氣水合物的勘探開發研究。

不同于常規油氣開采，天然氣水合物由于其特殊的性質對其開采具有很大的難度，目前僅有少數國家掌握這一技術。對于海域天然氣水合物，其一般以固體的形式存在于泥質海底松散沉積層中，需要通過一定的手段改變其存在環境的溫壓條件，使其分解為水和天然氣，然后采用天然氣開采工藝將分解后的天然氣收集、輸送至地面。目前提出的天然氣水合物開采方法主要包括熱激發法、降壓法和化學法三類。熱激發法主要將熱蒸汽、熱水、熱鹽水等載熱體從海面輸送至海底，加熱天然氣水合物層使天然氣水合物分解。化學法主要是向天然氣水合物層注入鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇等化學物質，改變天然氣水合物的相平衡條件。降壓法通過降低水合物儲層的壓力，引起天然氣水合物移動至相平衡不穩定區分解。

由于水合物開采過程的隱蔽性和復雜性，常規油氣開采現場監測并不適用于天然氣水合物的開采，所以需要提出針對天然氣水合物自身特點的現場試采監測手段。目前針對天然氣水合物的現場試采通常采用監測井及生產井的雙井筒監測，監測井和生產井之間有一定距離間隔，監測井通過對溫度的測量分析水合物地層的變化，生產井通過壓力溫度監測，監控井筒內部狀態。實現監測水合物開采過程中分解前端的傳播；判斷開采的效能及對地層的影響，監測水合物生產過程中的潛在的底層出砂、水合物再生堵塞等風險，指導現場作業；監測水泥固井水化放熱對套管附近水合物的影響，支持固井方案優化設計；監測水合物儲層的長期穩定性，預判地層物性變化，以設計科學的開采方案等功能。

由于天然氣水合物均賦存于環境苛刻的高寒地帶和海洋深水區域，進行水合物試采監測現場實驗難度較大，耗資巨大，有必要進行天然氣水合物試采監測室內模擬實驗。但目前研究較多的是天然氣水合物藏的開采實驗室模擬裝置，缺乏天然氣水合物開采監測模擬裝置的研究，這使得對水合物開采機理及開采動態以及水合物開采災害在線監測手段研究不足。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種天然氣水合物開采監測模擬裝置及方法，可以模擬天然氣水合物成藏和水合物開采及監測過程、產氣收集處理過程。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種天然氣水合物開采監測模擬裝置，其特征在于：其包括水合物成藏子系統、模擬生產井子系統、模擬監測井子系統、產出物收集子系統以及用于對上述各子系統進行監測和控制的數據處理及控制子系統；所述水合物成藏子系統用于對天然氣水合物形成過程進行模擬；所述模擬生產井子系統用于對所述水合物成藏子系統合成的天然氣水合物進行開采并將產出物通過其氣、液輸出端輸送到所述產出物收集子系統，同時對開采過程中所述模擬生產井子系統內部的壓力和溫度進行監測，并將監測結果發送到所述數據處理及控制子系統；所述模擬監測井子系統實時監測所述水合物成藏子系統合成的水合物層的溫度變化，并將監測結果發送到所述數據處理及控制子系統。

所述水合物成藏子系統包括設置在恒溫室中的密閉高壓反應釜、分別與所述高壓反應釜底部相連通的供氣系統和供液系統；所述高壓反應釜頂部設置有與所述模擬生產井子系統和模擬監測井子系統位置對應的管路線纜引出口和線纜出口；所述供氣系統包括第一高壓氣瓶，所述第一高壓氣瓶出口端通過供氣管路與所述高壓反應釜底部一側的氣體入口相連，且所述供氣管路上依次設置減壓閥、第一氣體流量計以及第一閥門開關；所述供液系統包括第一增壓泵，所述第一增壓泵的入口端與水源相連，出口端通過供液管路與所述高壓反應釜底部另一側的液體入口相連，且所述供液管路上依次設置液體流量計和第二閥門開關。

所述高壓反應釜采用耐腐蝕材料制成，其包括圓筒形釜體和釜蓋，所述圓筒形釜體和釜蓋之間通過多個緊固螺栓以及密封墊片進行密封。