[發(fā)明專(zhuān)利]一種水流侵蝕法天然氣水合物開(kāi)采實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711312904.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108086960B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋永臣;楊明軍;陳兵兵;劉衛(wèi)國(guó);劉瑜;張毅;蔣蘭蘭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21B43/01
• 分類(lèi)號(hào): E21B43/01;E21B43/20
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種水流侵蝕法天然氣水合物開(kāi)采實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于，包括生成反應(yīng)系統(tǒng)、注入系統(tǒng)、分離收集系統(tǒng)和檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分；

所述的生成反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜(3)、砂土過(guò)濾器(10)和第一恒溫水浴(13-1)；所述的反應(yīng)釜(3)置于第一恒溫水浴(13-1)中，反應(yīng)釜(3)為兩端帶有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的圓柱體，便于實(shí)現(xiàn)水合物的軸向流動(dòng)，用于天然氣水合物的生成，進(jìn)而模擬天然氣水合物儲(chǔ)層；所述的砂土過(guò)濾器(10)共兩個(gè)，分別與反應(yīng)釜(3)兩端相連，防止生成過(guò)程以及水流動(dòng)過(guò)程中的砂土泄露，對(duì)管道產(chǎn)生堵塞，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量；所述的第一恒溫水浴(13-1)為水合物的生成提供穩(wěn)定的低溫環(huán)境；

所述的注入系統(tǒng)包括高精度注氣泵(1-1)、高精度注水泵(1-2)、氣源(2)、第一單向針閥(12-1)、第二單向針閥(12-2)、第三單向針閥(12-3)、第四單向針閥(12-4)和第二恒溫水浴(13-2)；所述的氣源(2)通過(guò)第一單向針閥(12-1)進(jìn)入高精度注氣泵(1-1)中；所述的高精度注氣泵(1-1)與高精度注水泵(1-2)分別通過(guò)第二單向針閥(12-2)與第三單向針閥(12-3)匯集于第四單向針閥(12-4)，再與反應(yīng)釜(3)的進(jìn)口端相連；水合物生成所需要的水由高精度注水泵(1-2)提供，水合物生成所需要的甲烷氣體由高精度注氣泵(1-1)提供；所述的第二恒溫水浴(13-2)為高精度注氣泵(1-1)與高精度注水泵(1-2)提供恒定的溫度條件；在水合物生成完后，通過(guò)調(diào)節(jié)第二恒溫水浴(13-2)以改變高精度注水泵(1-2)內(nèi)水的溫度，并利用高精度注水泵自身的壓力速度調(diào)節(jié)模式將水連續(xù)不斷的注入反應(yīng)釜(3)中；

所述的分離收集系統(tǒng)包括氣水分離裝置(4)、高精度背壓泵(1-3)、背壓閥(6)、循環(huán)水泵(15)、第五單向針閥(12-5)、第六單向針閥(12-6)、第七單向針閥(12-7)、第八單向針閥(12-8)和第九單向針閥(12-9)；所述的氣水分離裝置(4)為水套循環(huán)降溫式裝置，在氣水分離裝置(4)外包有外嵌的水套，通過(guò)外接的水浴循環(huán)實(shí)現(xiàn)水流動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水的循環(huán)再利用，氣水分離裝置(4)的氣水進(jìn)口通過(guò)第五單向針閥(12-5)連接在反應(yīng)釜(3)的出口位置處，用于分離水流侵蝕過(guò)程中的水與水合物分解產(chǎn)生的分解氣；所述的循環(huán)水泵(15)兩端通過(guò)第八單向針閥(12-8)和第九單向針閥(12-9)分別連接到氣水分離裝置(4)的出水口以及反應(yīng)釜(3)的入口，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水循環(huán)利用；所述的高精度背壓泵(1-3)通過(guò)第六單向針閥(12-6)連接在氣水分離裝置(4)的出水口，用于控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反應(yīng)釜(3)內(nèi)的壓力并存取水流動(dòng)過(guò)程中的產(chǎn)水，便于計(jì)算；所述的背壓閥(6)通過(guò)第七單向針閥(12-7)連接在氣水分離裝置(4)的出氣口處；在進(jìn)行連續(xù)水流動(dòng)時(shí)，將高精度背壓泵(1-3)與背壓閥(6)調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜(3)內(nèi)的壓力，保證消除開(kāi)采過(guò)程中溫度與壓力變化的影響；

所述的檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括高精度溫度傳感器(11)、高精度進(jìn)口壓力傳感器(9)、高精度出口壓力傳感器(14)、高精度氣體流量計(jì)(5)、數(shù)據(jù)采集模塊(8)和信息采集保存系統(tǒng)(7)；所述的高精度進(jìn)口壓力傳感器(9)和高精度出口壓力傳感器(14)分別連接一個(gè)砂土過(guò)濾器(10)，用于采集反應(yīng)釜(3)內(nèi)部壓力變化情況，以及水流動(dòng)過(guò)程中反應(yīng)釜(3)進(jìn)出口兩端的壓力變化情況，得到壓差數(shù)據(jù)；所述的高精度溫度傳感器(11)共五個(gè)，沿反應(yīng)釜(3)的軸線方向等距的安裝在反應(yīng)釜(3)的釜體內(nèi)，用于采集水合物生成過(guò)程以及水流動(dòng)過(guò)程中反應(yīng)釜(3)內(nèi)部的溫度變化；所述的數(shù)據(jù)采集模塊(8)，一端與高精度溫度傳感器(11)連接，另一端與信息采集保存系統(tǒng)(7)連接；所述的信息采集保存系統(tǒng)(7)還與背壓閥(6)連接；高精度溫度傳感器(11)和高精度進(jìn)口壓力傳感器(9)得到的溫度壓力信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊(8)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)并保存顯示在信息采集保存系統(tǒng)(7)中；所述的高精度氣體流量計(jì)(5)連接在氣水分離裝置(4)與背壓閥(6)之間，通過(guò)第七單向針閥(12-7)控制氣體流量；在持續(xù)水流動(dòng)開(kāi)始之前，打開(kāi)背壓閥(6)并調(diào)節(jié)背壓后，打開(kāi)第七單向針閥(12-7)，實(shí)現(xiàn)水流動(dòng)的過(guò)程中的保壓，并通過(guò)高精度氣體流量計(jì)(5)記錄產(chǎn)氣量。

2.一種水流侵蝕法天然氣水合物開(kāi)采實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法，其特征在于，步驟如下：

1)檢查：所有閥門(mén)和泵關(guān)閉，保證所有裝置、管道不漏水不漏氣；

2)水合物生成：通過(guò)初始水合物飽和度的計(jì)算，得到所需的水體積和砂體積，并將玻璃砂或粘土均勻緊實(shí)的填充到反應(yīng)釜(3)中；打開(kāi)第三單向針閥(12-3)和第四單向針閥(12-4)，均勻注入所需體積的去離子水；打開(kāi)第一單向針閥(12-1)，通過(guò)氣源(2)對(duì)高精度注氣泵(1-1)進(jìn)行氣體補(bǔ)充；補(bǔ)充完后，關(guān)閉第一單向針閥(12-1)，打開(kāi)第二單向針閥(12-2)和第四單向針閥(12-4)，均勻注入氣體，設(shè)定高精度注氣泵(1-1)的壓力為目標(biāo)壓力，并一直保持恒壓狀態(tài)；水合物生成過(guò)程中溫度一直由恒溫水浴(13-1)保持，并將恒溫水浴(13-1)的溫度設(shè)定為目標(biāo)溫度；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度壓力變化通過(guò)高精度進(jìn)口壓力傳感器(9)、高精度出口壓力傳感器(14)和高精度溫度傳感器(11)來(lái)檢測(cè)記錄；

3)背壓調(diào)節(jié)：水合物生成完成后，關(guān)閉第二單向針閥(12-2)和第四單向針閥(12-4)；將高精度背壓泵(1-3)和背壓閥(6)的壓力分別設(shè)置為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)壓力，在溫度穩(wěn)定之后，打開(kāi)第五單向針閥(12-5)、第六單向針閥(12-6)和第七單向針閥(12-7)；將高精度注水泵(1-2)中注滿水，并將其壓力設(shè)置為比實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)壓力高，通過(guò)壓差實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的水流動(dòng)過(guò)程；

4)水流動(dòng)過(guò)程：當(dāng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，打開(kāi)第四單向針閥(12-4)，進(jìn)行水流動(dòng)實(shí)驗(yàn)；當(dāng)氣水分離裝置(4)出水口處有水流出，并在存有一定量的水可維持整個(gè)水流動(dòng)過(guò)程后，關(guān)閉第四單向針閥(12-4)，打開(kāi)第八單向針閥(12-8)和第九單向針閥(12-9)以及循環(huán)水泵(15)，調(diào)整循環(huán)水泵(15)的循環(huán)速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)流動(dòng)分解實(shí)驗(yàn)；在整個(gè)水流動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度壓力變化分別通過(guò)高精度進(jìn)口壓力傳感器(9)、高精度出口壓力傳感器(14)和高精度溫度傳感器(11)來(lái)檢測(cè)記錄；水流動(dòng)過(guò)程的分解氣以及流動(dòng)水通過(guò)氣水分離裝置(4)進(jìn)行分離，水流動(dòng)導(dǎo)致的水合物分解氣通過(guò)高精度氣體流量計(jì)(5)來(lái)記錄，水流動(dòng)過(guò)程的流動(dòng)水通過(guò)氣水分離裝置(4)進(jìn)行收集和記錄；

5)信號(hào)采集-記錄-處理：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度壓力信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊(8)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)信息采集保存系統(tǒng)(7)進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和處理。