[发明专利]一种天然气水合物开采监测模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发实验技术领域，特别是涉及一种天然气水合物开采监测模拟装置及方法。

背景技术

天然气水合物Natural Gas Hydrate又称“可燃冰”，是由水和天然气在特定高压低温环境下形成的冰态、结晶状、超分子、笼形化合物，主要分布在水深大于300m的海洋及陆地永久冻土带，其中海洋天然气水合物资源是全球性的。天然气水合物的显著特点是分布广、储量大、高密度、高热值，1m³天然气水合物可以释放出164m³甲烷气。据估计，全球天然气水合物的资源总量换算成甲烷气体其有机碳储量相当于全球已探明矿物燃料煤炭、石油和天然气等的两倍。因此，天然气水合物被各国视为未来石油天然气的替代能源。若能合理开发利用天然气水合物，对于改善能源结构保护环境，促进经济的发展具有重大意义。因此，目前世界各国都在不断深入对天然气水合物的勘探开发研究。

不同于常规油气开采，天然气水合物由于其特殊的性质对其开采具有很大的难度，目前仅有少数国家掌握这一技术。对于海域天然气水合物，其一般以固体的形式存在于泥质海底松散沉积层中，需要通过一定的手段改变其存在环境的温压条件，使其分解为水和天然气，然后采用天然气开采工艺将分解后的天然气收集、输送至地面。目前提出的天然气水合物开采方法主要包括热激发法、降压法和化学法三类。热激发法主要将热蒸汽、热水、热盐水等载热体从海面输送至海底，加热天然气水合物层使天然气水合物分解。化学法主要是向天然气水合物层注入盐水、甲醇、乙醇、乙二醇等化学物质，改变天然气水合物的相平衡条件。降压法通过降低水合物储层的压力，引起天然气水合物移动至相平衡不稳定区分解。

由于水合物开采过程的隐蔽性和复杂性，常规油气开采现场监测并不适用于天然气水合物的开采，所以需要提出针对天然气水合物自身特点的现场试采监测手段。目前针对天然气水合物的现场试采通常采用监测井及生产井的双井筒监测，监测井和生产井之间有一定距离间隔，监测井通过对温度的测量分析水合物地层的变化，生产井通过压力温度监测，监控井筒内部状态。实现监测水合物开采过程中分解前端的传播；判断开采的效能及对地层的影响，监测水合物生产过程中的潜在的底层出砂、水合物再生堵塞等风险，指导现场作业；监测水泥固井水化放热对套管附近水合物的影响，支持固井方案优化设计；监测水合物储层的长期稳定性，预判地层物性变化，以设计科学的开采方案等功能。

由于天然气水合物均赋存于环境苛刻的高寒地带和海洋深水区域，进行水合物试采监测现场实验难度较大，耗资巨大，有必要进行天然气水合物试采监测室内模拟实验。但目前研究较多的是天然气水合物藏的开采实验室模拟装置，缺乏天然气水合物开采监测模拟装置的研究，这使得对水合物开采机理及开采动态以及水合物开采灾害在线监测手段研究不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种天然气水合物开采监测模拟装置及方法，可以模拟天然气水合物成藏和水合物开采及监测过程、产气收集处理过程。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种天然气水合物开采监测模拟装置，其特征在于：其包括水合物成藏子系统、模拟生产井子系统、模拟监测井子系统、产出物收集子系统以及用于对上述各子系统进行监测和控制的数据处理及控制子系统；所述水合物成藏子系统用于对天然气水合物形成过程进行模拟；所述模拟生产井子系统用于对所述水合物成藏子系统合成的天然气水合物进行开采并将产出物通过其气、液输出端输送到所述产出物收集子系统，同时对开采过程中所述模拟生产井子系统内部的压力和温度进行监测，并将监测结果发送到所述数据处理及控制子系统；所述模拟监测井子系统实时监测所述水合物成藏子系统合成的水合物层的温度变化，并将监测结果发送到所述数据处理及控制子系统。

所述水合物成藏子系统包括设置在恒温室中的密闭高压反应釜、分别与所述高压反应釜底部相连通的供气系统和供液系统；所述高压反应釜顶部设置有与所述模拟生产井子系统和模拟监测井子系统位置对应的管路线缆引出口和线缆出口；所述供气系统包括第一高压气瓶，所述第一高压气瓶出口端通过供气管路与所述高压反应釜底部一侧的气体入口相连，且所述供气管路上依次设置减压阀、第一气体流量计以及第一阀门开关；所述供液系统包括第一增压泵，所述第一增压泵的入口端与水源相连，出口端通过供液管路与所述高压反应釜底部另一侧的液体入口相连，且所述供液管路上依次设置液体流量计和第二阀门开关。

所述高压反应釜采用耐腐蚀材料制成，其包括圆筒形釜体和釜盖，所述圆筒形釜体和釜盖之间通过多个紧固螺栓以及密封垫片进行密封。