[發(fā)明專利]海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011500078.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN112343558A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳學(xué)震;葉鴻宇;李大勇;公彬;王剛;關(guān)振長(zhǎng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/01
• 分類號(hào): E21B43/01;E21B49/00;G09B25/02
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陸帥;蔡學(xué)俊

1.一種海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括高壓試驗(yàn)箱以及用以下沉進(jìn)入高壓試驗(yàn)箱內(nèi)部模擬天然氣水合物儲(chǔ)層的模擬開采筒，模擬開采筒上設(shè)有與筒內(nèi)空間連通的第一排水管，模擬開采筒上還設(shè)有防砂空腔，防砂空腔上連接有第二排水管與輸氣管；高壓試驗(yàn)箱經(jīng)豎直拉拔系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)升降。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：高壓試驗(yàn)箱內(nèi)部自上往下依次設(shè)有海水層、模擬天然氣水合物儲(chǔ)層上覆地層、模擬天然氣水合物儲(chǔ)層、模擬天然氣水合物儲(chǔ)層下伏游離氣體層；高壓試驗(yàn)箱上設(shè)有水壓控制系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，水壓控制系統(tǒng)用于向高壓試驗(yàn)箱內(nèi)施加水壓模擬深海水壓環(huán)境，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)高壓試驗(yàn)箱內(nèi)溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：模擬開采筒為上側(cè)封閉、下側(cè)不封閉的筒形結(jié)構(gòu)，包括頂板和筒壁；第一排水管的一端與外部第一抽水泵相連，最后通往儲(chǔ)水罐，另一端與筒內(nèi)空間連通，通過(guò)第一排水管將所述模擬開采筒內(nèi)的液體向外排出降低筒內(nèi)壓力，控制模擬開采筒下沉進(jìn)入模擬天然氣水合物儲(chǔ)層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：防砂空腔設(shè)置在所述模擬開采筒的筒壁外側(cè)，防砂空腔與外部空間之間經(jīng)隔離砂網(wǎng)阻隔，過(guò)濾泥沙。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：第二排水管與輸氣管組成氣液采集系統(tǒng)，第二排水管的一端與外部第二抽水泵相連，最后通往儲(chǔ)水罐，另一端與防砂空腔底部連通；輸氣管一端與儲(chǔ)氣系統(tǒng)相連，另一端與防砂空腔頂部連通，用于采集天然氣；儲(chǔ)氣系統(tǒng)沿著氣流向依次包括氣體干燥裝置、壓縮裝置和儲(chǔ)氣罐；第二排水管的進(jìn)水口還設(shè)置有氣液分離器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：豎直拉拔系統(tǒng)包括纜線和升降系統(tǒng)，纜線下端與所述模擬開采筒頂部吊環(huán)相連，纜線上端和升降系統(tǒng)相連；防砂空腔內(nèi)設(shè)置用以支撐的豎向骨架。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：模擬開采筒內(nèi)部還設(shè)有射流注入系統(tǒng)，射流注入系統(tǒng)包括位于模擬開采筒內(nèi)部的射流管道，以及位于模擬開采筒外周壁上部、中部、下部的噴射口，射流管道連接外部驅(qū)動(dòng)裝置，為射流注入系統(tǒng)提供注射動(dòng)力。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：模擬開采筒上還設(shè)有輔助加熱系統(tǒng)，輔助加熱系統(tǒng)包括電磁感應(yīng)線圈和電磁加熱控制器，模擬開采筒由鋼材構(gòu)成，電磁感應(yīng)線圈直接環(huán)繞模擬開采筒，從而使模擬開采筒發(fā)熱，提高周圍天然氣水合物分解速度，同時(shí)防止天然氣水合物的二次生成。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：（1）檢查該海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置的各系統(tǒng)運(yùn)行情況、管道連接及設(shè)備參數(shù)設(shè)置情況；（2）通過(guò)水壓控制系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將高壓試驗(yàn)箱內(nèi)壓力和溫度調(diào)節(jié)達(dá)到試驗(yàn)要求；（3）通過(guò)豎直拉拔系統(tǒng)將模擬開采筒下放到模擬海床，模擬開采筒依靠自身重力沉入海床一定深度，再經(jīng)第一排水管將筒內(nèi)水向外泵出使筒內(nèi)壓力小于筒外壓力，模擬開采筒在壓差作用下向下沉，直至抵達(dá)模擬天然氣水合物儲(chǔ)層；（4）通過(guò)第二排水管將防砂空腔中的水抽出，防砂空腔內(nèi)部壓力和周圍地層壓力降低，促使周圍地層中的天然氣水合物分解，分解形成的水和天然氣在壓差作用下不斷進(jìn)入防砂空腔，進(jìn)而水不斷進(jìn)入第二排水管，天然氣不斷進(jìn)入輸氣管，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的筒式模擬開采。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于：當(dāng)一定范圍內(nèi)天然氣水合物開采完成或者產(chǎn)氣效率降低到一定值以后，停止氣液舉升，通過(guò)所述第一水泵向模擬開采筒內(nèi)泵入水，使模擬開采筒內(nèi)壓力大于筒外壓力，模擬開采筒在壓差作用和豎直拉拔系統(tǒng)上拉作用下，向上升到泥線以上，進(jìn)而將模擬開采筒回收或轉(zhuǎn)移到新的開采區(qū)域繼續(xù)開采試驗(yàn)；通過(guò)所述的輔助加熱系統(tǒng)或注入熱海水，使模擬開采筒筒壁周圍發(fā)熱，提高天然氣水合物分解效率；通過(guò)所述的射流注入系統(tǒng)，向模擬開采筒周圍儲(chǔ)層噴射化學(xué)抑制劑，提高天然氣水合物分解效率；當(dāng)天然氣水合物分解范圍不足時(shí)，射流注入系統(tǒng)將儲(chǔ)水罐中的水向筒壁周圍儲(chǔ)層噴射，其水力切割作用可以增加分解界面。