[發(fā)明專利]一種天然氣水合物的合成及開采模擬實驗系統(tǒng)及實驗方法

在審

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• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110761749A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張健;王金意;荊鐵亞;趙文韜;張國祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國華能集團有限公司;中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/24;E21B43/34
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 賀小停

本發(fā)明提供的一種天然氣水合物的合成及開采模擬實驗系統(tǒng)及實驗方法，通過儲氣罐中的CH₄氣體和第一儲液池中的清水合成可燃冰，利用控溫箱、備壓閥和活塞容器組成可燃冰的開采試驗系統(tǒng)，通過采集溫度、壓力和抑制劑的用量，來分析溫度、壓力和抑制劑用量對可燃冰開采的影響，同時，通過填砂管上面溫度、壓力探頭測試其內(nèi)部溫度、壓力的變化情況，便于開展進一步詳細分析研究；同時，通過單向閥防止實驗系統(tǒng)中由于空氣干擾出現(xiàn)的倒吸現(xiàn)象，提高實驗的精確率；通過備壓閥、第四壓力計、注液泵和第五壓力計，實現(xiàn)對氣體或液體壓力的精準(zhǔn)控制，防止出現(xiàn)脈沖，提高計量和實驗效果的準(zhǔn)確性；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，不僅操作方便，還能對實驗過程進行更好的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然氣水合物開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣水合物的合成及開采模擬實驗系統(tǒng)及實驗方法。

背景技術(shù)

天然氣水合物是一種自然存在的微觀結(jié)構(gòu)為籠型的化合物，它的分子式現(xiàn)已被證實為CH₄·8H₂O，即為一個甲烷分子被包圍在8個水分子所形成的籠型結(jié)構(gòu)中。“可燃冰”是它的俗稱，因其外觀結(jié)構(gòu)像冰一樣，而且遇火即可燃燒而得名。“可燃冰”是一種高效清潔能源，燃燒熱值高的能源，它燃燒產(chǎn)生的能量比相同質(zhì)量的普通化石燃料要多出數(shù)十倍。

據(jù)科學(xué)家估計，可燃冰全球總資源量約10萬億噸油當(dāng)量，可供人類使用6.4萬年，僅海底可燃冰儲量可供人類使用1000年。雖然全球可燃冰儲量巨大，但可燃冰開采技術(shù)并不成熟。隨著人們對可燃冰研究的進一步深入，許多開采方法被提出來。其主要原理為改變可燃冰儲層的溫度、壓力，打破其相平衡，使可燃冰分解得到甲烷氣體。

因此，目前對可燃冰的開采仍處于試驗階段，目前已知的主要的開采方法有降壓開采法、加熱開采法、化學(xué)試劑開采法等。

(1)降壓法：通過降低水合物層壓力，使其低于水合物在該區(qū)域溫度條件下相平衡壓力，從而使水合物從固態(tài)分解相變產(chǎn)生甲烷氣體的過程。降壓法開采井設(shè)計與常規(guī)油氣開采相近，滲透性較好的水合物藏內(nèi)壓力傳播很快，因此，被認(rèn)為是最經(jīng)濟、有效、簡單的開采方式。主要缺點是由于水合物分解相變所需潛熱很大，水合物的分解引起局部溫度降低，從而可能引起水合物的二次生成或者冰的生成，堵塞滲透路徑，影響長期開采效率。

(2)加熱法(注熱)：通過升高水合物地層的溫度，使地層的溫度高于水合物在該區(qū)域孔隙水或氣壓力條件下的相平衡溫度而分解相變產(chǎn)生甲烷氣體的過程。目前提出加熱的方式有注入溫度較高的熱水或海水、利用地?zé)帷㈦姶偶訜帷⑽⒉訜帷⒄羝掏碌取Ｈ秉c是不僅要供給水合物分解相變的熱量，也要加熱沉積物、孔隙氣體和液體，同時上下邊界層存在散熱，熱量損失很大。因此，單獨加熱法開采水合物的效率較低，費用較高。

(3)抑制劑法：通過在地層中注入化學(xué)抑制劑(例如甲醇等)，提高水合物形成的相平衡條件，使得地層的孔隙壓力和溫度條件不能滿足水合物的相平衡，從而水合物分解相變產(chǎn)生甲烷氣體而收集的方法。缺點是需要大量昂貴的抑制劑，水合物分解產(chǎn)生水稀釋抑制劑而降低其效果，又可能造成環(huán)境污染，且效率不是很高。

可燃冰開采技術(shù)的研究是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的一個熱點方向，現(xiàn)有的天然氣水合物的合成及開采研究的實驗系統(tǒng)具有以下幾個方面缺點：(1)相應(yīng)的氣體、液體輸出時，對壓力的控制方面，設(shè)計的比較簡單，導(dǎo)致輸出壓力不夠穩(wěn)定，可能有脈沖，影響計量的準(zhǔn)確性和實驗效果。(2)可燃冰形成后，內(nèi)部溫度、壓力的具體分布情況測量不夠準(zhǔn)確，精度不夠，給實驗研究帶來不便。(3)有的沒有排除實驗系統(tǒng)中空氣干擾，或者排出時存在倒吸現(xiàn)象，給實驗測試帶來誤差，有的還存在安全隱患。(4)有的設(shè)備操作不方便，不能對實驗過程進行更好地控制，給試驗研究的開展帶來極大不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣水合物的合成及開采模擬實驗系統(tǒng)及實驗方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：