[发明专利]天然气水合物三维开采模拟实验装置

权利要求书

1.天然气水合物三维开采模拟实验装置，包括三维模型(1)、天然气供给单 元、工作液供给单元、回压控制单元、环境控制单元和后处理单元；其特征在于：

所述三维模型(1)是耐压范围为5～40MPa，内腔容积为50～500L的圆柱 形不锈钢反应釜，且内腔三维空间长度大于500mm；所述不锈钢反应釜由上法 兰(33)、筒体(32)和下法兰(34)通过若干螺栓固定密封而形成模拟腔(3)； 所述模拟腔(3)的内侧设有可拆卸的隔热板(54)；所述上法兰(33)、下法兰 (34)中部分别设置上端气液入口(39)、下端气液入口(40)各一个；所述上 法兰上设置抽真空接口，用于与抽真空的设备连接；

所述模拟腔(3)被注入天然气和工作液后，在腔内形成水合物层；水合物 层沿深度方向被分为n个检测层，其中n为2～5层；所述n个检测层的每个检 测层平面上都设置取样口(45)、光纤内窥镜(27)、温度测量接口、压力测量接 口和电极接口；所述温度测量接口、压力测量接口和电极接口设置在所述模拟腔 (3)内部；所述取样口(45)和光纤内窥镜(27)设置在三维模型的筒体壁体 上，并通过引线引出模拟腔(3)外；所述三维模型(1)的筒体壁体上还设置 可视窗(41，42)；

所述三维模型(1)上设有伸入模拟腔内部的井簇，所述伸入模拟腔内部的 井簇包括垂直井簇(46，47，48，49，50)和水平井簇(51，52，53)；所述垂 直井簇(46，47，48，49，50)有5组或9组，有5组的情形下，其中4组作为 垂直旁侧井簇，有9组的情形下，其中8组作为垂直旁侧井簇，4组或8组的垂 直旁侧井簇呈正方形分布，而剩余的1组作为垂直中心井簇，设在垂直旁侧井簇 的中央；所述垂直井簇(46，47，48，49，50)由若干根井管组成，所述若干根 井管分别伸入至模拟腔内的不同深度的n个检测层；所述水平井簇(51，52，53) 伸入所述n个检测层的每一层，各水平井簇由1～2根水平井管组成；

所述天然气供给单元的天然气输出管路与所述工作液供给单元的工作液输 出管路连接后，再与三维模型(1)上的气液入口(39，40)连接；所述伸入模 拟腔(3)内部的井簇中的至少一个井管与回压控制单元的采集管路连接；所述 三维模型(1)处于环境控制单元当中；

所述三维模型(1)、天然气供给单元、工作液供给单元、回压控制单元和环 境控制单元上设有若干传感器，所述传感器与后处理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物三维开采模拟实验装置，其特征在于： 所述天然气供给单元包括依次连通的天然气源(5)、减压阀(7)、气体压缩机(6)、 减压阀(7)、截止阀(8)、过滤器(9)、气体流量计(10)、单向阀(11)，天然 气输出管路；天然气供给单元上的传感器至少包括气体流量计(10)。

3.根据权利要求1所述的天然气水合物三维开采模拟实验装置，其特征在 于：所述工作液供给单元包括依次连通的工作液储存罐(13)、液压泵(14)、中 间容器(15)、加热罐(16)、截止阀(17)和工作液输出管路。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物三维开采模拟实验装置，其特征在 于：所述回压控制单元包括依次连通的回压阀(20)、气液分离器(21)和储液 罐(23)；在气液分离器(21)上装有气体流量计(22)，在储液罐(23)上装有 差压传感器(24)；回压控制单元以回压阀的一个管路接口作为采集管路，与三 维模型上的井管连通。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物三维开采模拟实验装置，其特征在于： 所述环境控制单元包括容纳三维模型的温度控制室(2)和设置在三维模型(1) 外侧壁体上的与恒温水浴(4)连接的水夹套(36)；环境控制单元上的传感器至 少包括安装在温度控制室(2)中以及恒温水浴(4)中的温度传感器(28)。

6.根据权利要求1所述的天然气水合物三维开采模拟实验装置，其特征在于： 所述后处理单元包括数据采集箱(30)和计算机(31)，数据采集箱(30)与计 算机(31)电连接；在计算机内至少设置数据采集模块、数据处理模块和数据存 储模块；数据采集模块与三维模型(1)、天然气供给单元、工作液供给单元、回 压控制单元和环境控制单元上的传感器电连接。