[发明专利]一种超重力水合物研究实验系统及方法

权利要求书

1.一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，包括用于储存CH₄气体或CO₂气体的第一气瓶(1)以及用于储存N₂气体的第二气瓶(2)，第一气瓶(1)和第二气瓶(2)分别通过第一阀(3)和第二阀(4)连接至气体增压泵(5)，气体增压泵(5)的出口通过第一压力计(7)连接至三个支路；

其中，第一支路上连接有第一安全阀(8)；第二支路上依次连接有第三阀(9)、第一缓冲罐(10)、第五阀(13)、第一调压阀(14)、第三压力计(15)、第一单向阀(16)和第一流量计(17)，其中所述第一缓冲罐(10)的顶部设计有第二压力计(12)，底部设计有第四阀(11)，第一流量计(17)的出口端连接至反应釜(18)，所述反应釜(18)内部自上向下分为气体层(A)、液体层(B)、盖层(C)、水合物储层(D)和底层(E)；第三支路上依次连接有第六阀(19)、第二缓冲罐(20)、第八阀(23)、第二调压阀(24)、第五压力计(25)、第二流量计(26)和第二单向阀(27)，所述第二缓冲罐(20)的顶部和底部分别设计有第四压力计(21)和第七阀(22)，第二单向阀(27)的出口分多个支路连接到反应釜(18)的内部水合物储层(D)；

该系统还包括第一储液池(28)和具有加热控温功能的第二储液池(34)，第一储液池(28)的出口通过管线依次连接有第一过滤器(29)、第一计量泵(30)、第三单向阀(31)、预热器(32)和第九阀(33)，第九阀(33)的出口端连接至第二单向阀(27)的出口；第二储液池(34)的出口通过管线依次连接有第二过滤器(35)、第二计量泵(36)、第四单向阀(37)和第十阀(38)，第十阀(38)的出口设置有第六压力计(39)，且第十阀(38)的出口连接至穿插在反应釜(18)中的井筒(59)的入口；

所述反应釜(18)的侧面连接有用于对系统进行抽真空的抽真空装置；井筒(59)的入口处还连接有用于对系统进行气液分离的气液分离装置。

2.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述抽真空装置包括通过管线依次连接的真空泵(52)、第四缓冲罐(53)、第八压力计(54)、第十四阀(55)和过滤器(56)，所述过滤器(56)连接至反应釜(18)的侧面，所述第四缓冲罐(53)的底部设计有第十五阀(57)。

3.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述气液分离装置包括气液分离器(42)，气液分离器(42)的入口端依次通过回压阀(45)和第十二阀(49)连接至井筒(59)的入口处；回压阀(45)和第十二阀(49)之间连接有支路，支路上设置有第十三阀(50)；回压阀(45)的侧面通过管线与第三缓冲罐(46)、回压泵(47)依次连接，所述第三缓冲罐(46)顶部设计有第七压力计(48)；气液分离器(42)的气体出口端依次连接有湿式流量计(41)和储气罐(40)，气液分离器(42)的液体出口端依次连接有第十一阀(43)和储液罐(44)。

4.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述反应釜(18)顶部设计有温度计(51)和第二安全阀(58)，底部设计有用于放空清洗的第十六阀(60)。

5.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述反应釜(18)的侧壁设置有观测窗，还设置循环水夹套及用于对高压反应釜的纵向不同高度进行温度控制来模拟海床实际地温梯度的控温装置。

6.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述反应釜(18)的四周侧壁设置有若干用于采集压力及温度数据的数据采集接口。

7.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，井筒(59)在对应水合物储层(D)位置的四周设置有钻孔。

8.根据权利要求1所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，所述反应釜(18)耐压大于20MPa，材质选用316L不锈钢材料，且管线均用保温材料缠绕包裹。

9.一种超重力水合物研究实验方法，采用权利要求1-8任一项所述的一种超重力水合物研究实验系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据实验方案需要，称取砂子平铺置于反应釜(18)内部，用于模拟地层，准备开展实验测试；

步骤2：固定好井筒(59)，密封反应釜(18)，检查系统气密性，抽真空从而排出空气对实验的干扰，为实验做好准备；

步骤3：通过第一计量泵(30)将第一储液池(28)内部清水注入反应釜(18)用于合成水合物；关闭第三阀(9)，打开第六阀(19)，将CH₄或CO₂注入反应釜(18)，根据实验方案，将反应釜(18)设置到适当的温度，用于形成可燃冰；

步骤4：将N₂注入反应釜(18)，用于保持覆压，便于模拟超重力场；

步骤5：研究注热水法开采时：利用第二计量泵(36)将第二储液池(34)内部热水通过井筒注入水合物储层(D)，观测可燃冰储层分解情况，同时分别利用气液分离器装置分离水合物分解后的气体和液体；

步骤6：研究控温法开采时：调节反应釜(18)内部温度分布，同理，观测内部可燃冰储层分解情况，同时利用气液分离器分离水合物分解后的气体和液体；

步骤7：改变N₂覆压，或改变反应釜内部温度、压力，或改变注入热水的量、温度、排量条件，再次测试观测；对比分析覆压、温度、压力以及注入热水的量、温度、排量条件对天然气水合物的合成及分解现象的影响规律，及水合物平面分解分布规律，从而判断其开采效果，从而指导生产。