[發明專利]天然氣水合物開采模擬實驗裝置以及評價參數獲取方法

在審

• 申請號: 202010138666.9
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN113417623A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳光進;孫長宇;肖朋;崔金龍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B43/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 陳燁;張印鐸

本申請提供了一種天然氣水合物開采模擬實驗裝置以及評價參數獲取方法，包括：釜體，釜體具有扇形腔體的中空腔室，扇形腔體具有相對的頂角端和開闊端；釜蓋，設置有：開采井通孔，用于插入開采井，開采井位于中空腔室內的井段的部分周向上開設有多個采氣孔，采氣孔朝向所述開闊端；開采井在中空腔室外部連接有用于檢測采氣速率和出水速率的測定機構；多個釜蓋連接孔，釜蓋連接孔用于向中空腔室內填充含水沉積物，多個釜蓋連接孔自頂角端向開闊端分布；與釜蓋連接孔相配合的法蘭蓋。本申請通過構建水平截面為扇形的空間以模擬天然氣水合物的開采過程，再通過計算還原至半徑相同的圓形區域，以實現與相同半徑的大型反應釜相當的模擬效果。

技術領域

本申請涉及天然氣水合物開采領域，特別是涉及一種天然氣水合物開采模擬實驗裝置以及評價參數獲取方法。

背景技術

天然氣水合物是天然氣和水分子在高壓低溫條件下形成的固態晶體，在相平衡打破時將分解為天然氣和水。大量天然氣水合物埋藏在海底沉積物中，在我國南海海域儲量約為649700億立方米。因此，天然氣水合物有望成為繼頁巖氣、致密氣、煤層氣、油砂等之后的儲量最為巨大的接替能源。

天然氣水合物在海底呈現為厚度小、范圍大的薄盤狀分布。常見開采方案中，開采井采用豎直井形式，并在井筒一定高度處環繞井筒開設若干個采氣通道，從而在開采井周圍形成一個薄盤狀的有效作用區域。在開采過程中，該有效作用區域內存在水合物相變、流場變化、溫度變化和壓力變化等，若對這些參數的變化規律進行研究可為水合物開采技術提供理論支撐。

現有技術中，用于模擬天然氣水合物開采過程的實驗裝置是一套集天然氣水合物生成、分解、參數測量等多功能于一體的高度集成系統，其形狀及尺度的設計在很大程度上決定了實驗系統的規模、投資、性能及實驗結果的有效性。由于水合物開采操作壓力較高，水合物開采模擬實驗裝置設備造價高昂，便導致裝置尺寸受限，難以模擬開采過程中的有效作用區域，從而無法獲取準確的空間效應，對真實工況的近似還原度較小。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本發明的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本發明的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

發明內容

為解決上述至少一個技術問題，本申請提供了一種天然氣水合物開采模擬實驗裝置以及評價參數的獲取方法，通過構建水平截面為扇形的空間以模擬天然氣水合物的開采過程，獲取開采過程中氣體開采速率、相變、溫度場、壓力場的空間分布規律，再通過計算還原至半徑相同的圓形區域，以實現與相同半徑的大型反應釜相當的模擬效果。降低了設備造價，并提高了水合物開采模擬過程的準確性和還原性。

為實現上述目的，提供的技術方案如下所述：

一種天然氣水合物開采模擬實驗裝置，包括：

釜體，所述釜體具有中空腔室，所述中空腔室為扇形腔體，所述扇形腔體具有相對的頂角端和開闊端；

釜蓋，用于封閉所述中空腔室；所述釜蓋設置有：

開采井通孔，用于插入開采井，所述開采井位于所述中空腔室內的井段的部分周向上開設有多個采氣孔，所述采氣孔朝向所述開闊端；所述開采井在所述中空腔室外部連接有用于檢測采氣速率和出水速率的測定機構；

多個釜蓋連接孔，所述釜蓋連接孔用于向所述中空腔室內填充含水沉積物，多個所述釜蓋連接孔自所述頂角端向所述開闊端分布；

與所述釜蓋連接孔相配合的法蘭蓋；

所述釜體具有與所述釜蓋相對的底壁，所述底壁上設置有第一聲波探頭孔，所述釜蓋上設置有第二聲波探頭孔，所述第二聲波探頭孔與所述第一聲波探頭孔相對應，所述第一聲波探頭孔和所述第二聲波探頭孔中的一個用于安裝聲波發射器，另一個用于安裝聲波接收器；