[发明专利]天然气水合物三维开采模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验设备，尤其涉及一种天然气水合物三维开采模拟实验装置。

背景技术

天然气水合物是指天然气与水在一定温度和压力下生成的一种笼状晶体物质，其遇火即 可燃烧，俗称“可燃冰”，早期天然气水合物的研究主要是为了解决油、气生产和运输过程中 管道、设备的堵塞问题，主要是抑制水合物的生成。随着人们对水合物研究的不断深入，水 合物的特性及对环境的影响越来越为人类认识，更重要的是其作为一种有效的替代能源的价 值也益显突出。

天然气水合物可以以多种方式存在于自然界中，基于天然气水合物的特点，它与常规传 统型能源的开发不同。表现在水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化， 从固体变为气体。也就是说，水合物在开采过程中发生相变。目前大多数有关天然气水合物 的开发思路基本上都是首先考虑如何将蕴藏在沉积物中的天然气水合物进行分解，然后再将 天然气开采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其 分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源量的主要方法。现有的开采方法大体上可分为以 下三类：

(一)热力开采法，以方法主要是将蒸气、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水 合物储层，或采用火驱法、电极原位加热等诸多方法促使储层温度上升而达到水合物 分解的目的；

(二)化学剂开采法，以方法主要是利用某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙 三醇等来改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，以达到分解的目的；

(三)降压开采法，以方法主要是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移 动，从而促使天然气水合物分解，开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种 有效方法。

降压开采法与热力开采法、化学剂开采法相结合的开采，可能成为今后大规模开采天然 气水合物的有效方法之一，目前，研究出天然气水合物有效、快速、经济的开采方法，为大 规模开采天然气水合物提供实验基础和依据，是缓解与日俱增的能源压力的有效途径。

由于各地的地质条件和天然气水合物的成分不同，形成机制各异，所以通过模拟实验进 行研究，直接指导勘查开发，但现有的实验设备相对比较简单，难以满足目前海洋天然气水 合物的研究需要，同时完全为海洋天然气水合物勘探开发服务的专业模拟实验室还比较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物三维开采模拟实验装置，该模拟实验装置可以 综合研究各种开采机理、开采动态、并对各种开采方法进行优化和综合评价。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

天然气水合物三维开采模拟实验装置，包括三维模型、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；所述三维模型的内部为密封的模拟腔，三 维模型上设有气液入口和若干伸入模拟腔内部的井簇；所述井簇由若干个井管组成；所述天 然气供给单元的天然气输出管路与所述的工作液供给单元的工作液输出管路连接后，再与三 维模型上的气液入口连接；所述伸入模拟腔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；所述三维模型处于环境控制单元当中；所述三维模型、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。

本发明中，工作液供给单元用于向三维模型内输入工作液；天然气供给单元用于向三维 模型输入天然气，并可控制输入的天然气的压力；环境控制单元用于控制三维模型的环境温 度；回压控制单元用于控制模拟开采之后的天然气、水等的输出压力；后处理单元用于采集 和处理各传感器的信号，各传感器的信号采集一般包括：向模拟腔输入的天然气量、水量， 模拟开采输出的天然气量、产生的水量，模拟腔内的温度、压力、差压以及电阻，以及来自 光纤内窥镜的模拟腔内的视频图像；各传感器的数据处理一般包括：输出时间-温度曲线、时 间-压力曲线、时间-差压曲线、时间-电阻曲线、压力-开采量曲线等等，以对各数据进行综 合评价。