[發明專利]海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202011500078.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112343558A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 吳學震;葉鴻宇;李大勇;公彬;王剛;關振長
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B49/00;G09B25/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陸帥;蔡學俊

本發明涉及一種海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗裝置，包括高壓試驗箱以及用以下沉進入高壓試驗箱內部模擬天然氣水合物儲層的模擬開采筒，模擬開采筒上設有與筒內空間連通的第一排水管，模擬開采筒上還設有防砂空腔，防砂空腔上連接有第二排水管與輸氣管；高壓試驗箱經豎直拉拔系統驅動升降。能夠模擬開采筒下沉、降壓開采和開采筒回收流程，對研究海域天然氣水合物筒式開采裝置的適用性、開采效率和作用范圍等具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗裝置及其試驗方法，涉及海域天然氣水合物開采室內試驗模擬領域。

背景技術

可燃冰，學名天然氣水合物，是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。燃燒后的可燃冰只會生成少量的二氧化碳和水，比起煤、石油等傳統能源，污染程度顯著降低且能量高出10倍。

可燃冰儲量巨大，所含有機碳資源總量相當于全球已知煤、石油和天然氣總量的2倍，被國際公認為石油、天然氣的接替能源。針對天然氣水合物的物化性質，其開采方法主要以降壓、熱激、化學試劑驅替、二氧化碳置換和固態流化，及上述單一方法的聯合運用。

現階段可燃冰安全高效開采方法及其有效性驗證是商業化開發的瓶頸問題。因此，如何在室內模擬條件下，對天然氣水合物開采的方案、儀器設備展開研究是實現可燃冰商業化開發過程中需要解決的重要問題。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗裝置及其試驗方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種海域天然氣水合物筒式開采模擬試驗裝置，包括高壓試驗箱以及用以下沉進入高壓試驗箱內部模擬天然氣水合物儲層的模擬開采筒，模擬開采筒上設有與筒內空間連通的第一排水管，模擬開采筒上還設有防砂空腔，防砂空腔上連接有第二排水管與輸氣管；高壓試驗箱經豎直拉拔系統驅動升降。

優選的，高壓試驗箱內部自上往下依次設有海水層、模擬天然氣水合物儲層上覆地層、模擬天然氣水合物儲層、模擬天然氣水合物儲層下伏游離氣體層；高壓試驗箱上設有水壓控制系統和溫度調節系統，水壓控制系統用于向高壓試驗箱內施加水壓模擬深海水壓環境，溫度調節系統用于調節高壓試驗箱內溫度。

優選的，模擬開采筒為上側封閉、下側不封閉的筒形結構，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，最后通往儲水罐，另一端與筒內空間連通，通過第一排水管將所述模擬開采筒內的液體向外排出降低筒內壓力，控制模擬開采筒下沉進入模擬天然氣水合物儲層。

優選的，防砂空腔設置在所述模擬開采筒的筒壁外側，防砂空腔與外部空間之間經隔離砂網阻隔，過濾泥沙。

優選的，第二排水管與輸氣管組成氣液采集系統，第二排水管的一端與外部第二抽水泵相連，最后通往儲水罐，另一端與防砂空腔底部連通；輸氣管一端與儲氣系統相連，另一端與防砂空腔頂部連通，用于采集天然氣；儲氣系統沿著氣流向依次包括氣體干燥裝置、壓縮裝置和儲氣罐；第二排水管的進水口還設置有氣液分離器。

優選的，豎直拉拔系統包括纜線和升降系統，纜線下端與所述模擬開采筒頂部吊環相連，纜線上端和升降系統相連；防砂空腔內設置用以支撐的豎向骨架。

優選的，模擬開采筒內部還設有射流注入系統，射流注入系統包括位于模擬開采筒內部的射流管道，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動裝置，為射流注入系統提供注射動力。

優選的，模擬開采筒上還設有輔助加熱系統，輔助加熱系統包括電磁感應線圈和電磁加熱控制器，模擬開采筒由鋼材構成，電磁感應線圈直接環繞模擬開采筒，從而使模擬開采筒發熱，提高周圍天然氣水合物分解速度，同時防止天然氣水合物的二次生成。