[發明專利]一種用于觀察天然氣水合物生成特性的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010784493.8
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112031745B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 李小森;王屹;陳朝陽;夏志明;李剛;張郁
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: E21B47/002
• 分類號: E21B47/002;E21B49/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬;莫瑤江

本發明公開了一種用于觀察天然氣水合物生成特性的裝置及方法，該裝置用于安裝在反應釜中；在所述反應釜中貫穿設置有垂直井筒，位于反應釜內的那一部分垂直井筒沿著其高度方向間隔設置有井眼孔；所述裝置包括有換向球閥，所述換向球閥安裝在垂直井筒位于反應釜之外的上部中，所述換向球閥的一出口端連接安裝有井筒排出管線，在所述井筒排出管線上設置有可視窗，在可視窗的周邊設置有第一攝像機，以用于拍攝井筒排出管線內的管流情況；所述裝置還包括有攝像組件，所述攝像組件用于拍攝天然氣水合物地層開采時上蓋層、沉積物層和下蓋層的多相流和出砂情況。本裝置解決井筒成像問題，可實時觀察井筒多相流以及天然氣水合物分解的出砂情況。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采領域，具體涉及一種用于觀察天然氣水合物生成特性的裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物(Natural Gas Hydrates，NGH)是天然氣和水在特定的熱力學條件下形成的冰狀化合物，它是自然界中天然氣存在的一種特殊形式。根據考察發現，NGH大量分布在陸地永久凍土帶以及深海海底沉積物中，其中的甲烷總資源量高達2.1×1016m3。天然氣是一種潔凈能源，有利于環境保護和可持續發展，研究如何有效開采天然氣水合物具有重要的現實意義。

天然氣水合物可以以多種方式存在于自然界中，天然氣水合物在洋底埋藏時呈固體，在開采過程中分子構造發生變化，從固體變為氣體，也就是說，水合物在開采過程中發生相變。目前現有技術已經出現了模擬天然氣水合物開采的實驗裝置，比如專利文獻CN102305058A所公開的天然氣水合物三維多井聯合開采實驗裝置及其實驗方法，該實驗裝置通過實驗實現對水合物多井開采的模擬，從而使三維模擬實驗得到擴展，為大規模開采天然氣水合物提供實驗基礎和依據，然而該實驗裝置仍熱存在一些缺陷，比如無法可視化觀察反應釜內天然氣水合物的生成特性。

目前天然氣水合物領域可視化技術的出發點都是想觀察天然氣水合物的生成特性，分布情況，分解特性。包括像安裝在反應釜壁上的可視窗，從井筒插入攝像頭對準反應釜拍攝多孔介質水合物分布情況，有一些很小型的天然氣水合物反應釜會做成透明的水浴，透明的反應釜，有些直接利用XRD、CT之類的成像技術，實現可視化等。攝像頭想直接拍攝多孔介質里的水合物難以現實，大多被多孔介質包裹，無法拍攝；透明反應釜造價太高，不能適用大部分的天然氣水合物反應釜；X射線CT成像技術依賴于待測物體的密度差異，而水合物主要由天然氣(主要為甲烷分子)和水分子組成，兩者分子量接近，X射線CT難以將其區分，因而天然氣水合物的相態成像精度極為有限；井筒成像技術目前不成熟；未對井筒內多相流、出砂等天然氣水合物開采的特性進行可視化；未對出口管流進行實時觀察檢測；未重視對沉砂量的觀察與測量等等。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種用于觀察天然氣水合物生成特性的裝置及方法，以解決井筒成像問題，可實時觀察井筒多相流以及天然氣水合物分解的出砂情況。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提供了一種用于觀察天然氣水合物生成特性的裝置，所述裝置用于安裝在反應釜中，所述反應釜內用于模擬天然氣水合物地層，自上而下分為上蓋層、沉積物層和下蓋層；在所述反應釜中貫穿設置有垂直井筒，位于反應釜內的那一部分垂直井筒沿著其高度方向間隔設置有井眼孔；所述裝置包括有換向球閥，所述換向球閥安裝在垂直井筒位于反應釜之外的上部中，所述換向球閥的一出口端連接安裝有井筒排出管線，在所述井筒排出管線上設置有可視窗，在可視窗的周邊設置有第一攝像機，以用于拍攝井筒排出管線內的管流情況；

所述裝置還包括有攝像組件，所述攝像組件用于拍攝天然氣水合物地層開采時上蓋層、沉積物層和下蓋層的多相流和出砂情況。

進一步地，所述裝置還包括有顯示終端，所述第一攝像機和攝像組件所拍攝到的畫面均傳輸至顯示終端中進行顯示。

進一步地，在可視窗的上方固定設置有第一攝像機，并在第一攝像機的一旁固定設置有第一照明燈。