[发明专利]综合太阳能与超声空化开采天然气水合物的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物模拟开采技术领域，特别是综合太阳能与超声空化开采天然气水合物的实验装置及方法。

背景技术

天然气水合物（Natural Gas Hydrates，NGH）是在低温高压条件下由轻烃、CO₂ 及H₂S 等小分子气体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，因遇火可以燃烧，又称可燃冰，1立方米天然气水合物可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，是一种极为高效清洁的能源，其污染比煤、石油要小得多。

目前主要的水合物开采技术为降压开采、注热开采、化学药剂注入开采以及海底开采挖掘法。这些方法各有其优点与缺点，降压法较为经济但开采效率很低，注热开采、注化学药剂开采与海底采掘开采成本较高。

太阳能（solar energy），是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。而且太阳能作为清洁能源，已经被全世界公认为解决未来能源问题的主要方法。

如何将太阳能融入到天然气水合物开采，实现有效、经济的开发水合物藏已成为目前较为关注迫切的问题，目前在这方面的研究还基本上处于理论阶段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种综合太阳能与超声空化开采天然气水合物的实验装置及方法，模拟太阳能发电技术与超声空化法综合开采天然气水合物藏的过程，评价开采方法的可行性与优选合适的开采模式。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：综合太阳能与超声空化开采天然气水合物的实验装置，包括太阳能发电供能系统、超声波控制器和水合物储层模拟系统，

所述太阳能发电供能系统包括太阳能电池整列、太阳能控制器和逆变器，太阳能电池整列的输出端与太阳能控制器的输入端连接，太阳能控制器输出端与逆变器的输入端连接；

所述水合物储层模拟系统包括恒温箱、数据收集装置、中间容器、气源气瓶和缓冲容器，恒温箱包括换能器、填砂管和背压阀，换能器设置于填砂管的入口端端部，填砂管的管壁沿其轴线方向上还分别设置有多个用于检测填砂管内部压力的压力传感器和多个用于检测填砂管内部温度的温度传感器，压力传感器的信号输出端与压力显示器的信号输入端连接，温度传感器的信号输出端与温度显示器的信号输入端连接，数据收集装置分别与压力显示器的信号输出端和温度显示器的信号输出端连接，背压阀与填砂管的出口端端部连接，所述中间容器的上端与六通阀的一个入口端连接，六通阀的出口端与填砂管的入口端端部连接，中间容器的下端还连接有柱塞泵，柱塞泵将中间容器内的介质泵入填砂管内，所述气源气瓶与六通阀的另一个入口端连接，气源气瓶与六通阀之间的管路上还设置有气体减压阀，所述缓冲容器的入口端与背压阀连接；

所述超声波控制器的能源输入端与逆变器的输出端连接，且超声波控制器的超声波输出端与换能器连接。

进一步地，所述的太阳能发电供能系统还包括蓄电池，蓄电池与太阳能控制器连接。

进一步地，所述的缓冲容器上还设置有排空阀。

利用所述的综合太阳能与超声空化开采天然气水合物的实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：

S1、模拟海底多孔介质中水合物储层，包括以下子步骤：

S11、根据水合物储层条件在填砂管中填入200～400目的石英砂，并控制渗透率为0.8～1.2达西；

S12、气源气瓶通过气体减压阀控制气源压力为0.8～1.2MPa的条件下对填砂管进行气驱2～3min，对填砂管中的空气进行排空；

S13、调节填砂管出口端的背压阀的压力阀值为10MPa；

S14、气源气瓶通过气体减压阀向填砂管内加压至10MPa，压力稳定后关闭六通阀；

S15、调节恒温箱内的温度至1～3℃，同时打开温度传感器和压力传感器，对填砂管内的温度和压力进行数据采集，并传送至数据收集装置；

S16、当压力显示器和温度显示器所显示的数据在12小时内波动范围小于2.5%后，多孔介质中水合物已经生成，调节背压阀的压力阀值至稳定后的压力；