[发明专利]含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置及方法

权利要求书

1.一种含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，包括注水单元、注气单元、监测模拟单元、气液分离单元和信号采集单元；

所述检测模拟单元安装在水浴恒温箱内；检测模拟单元包括圆柱形壳体，壳体上端开口并设有顶盖密封；壳体内中轴线上设置直井井筒，直井井筒上设置不同高度位置的方形射孔，射孔上设有防砂网，直径井筒的外壁面均匀缠缚电加热线圈，电加热线圈连接壳体外部的直流电源；井筒内对应不同高度位置的射孔位置均安装有差压测试头；壳体与直井井筒之间的环形空间内，不同高度位置的射孔所在的水平面上安装有多个纵向集成式测试头和多个横向集成式测试头；多个纵向集成式测试头围绕井筒设置，形成以井筒为圆心的第一圆环，多个纵向集成式测试头在第一圆环上等间距分布；多个横向集成式测试头分布在第一圆环的外侧形成以井筒为圆心的第二圆环，多个横向集成式测试头在第二圆环上等间距分布；所述横向集成式测试头和纵向集成式测试头均是集电阻率测试头、差压测试头以及温度探针于一体的集成式测试头；壳体与直井井筒之间的环形空间内填充多孔介质；

所述顶盖上设置有压力表，壳体内靠近压力表设置过滤头，过滤头通过压力测试管线与压力表连通；顶盖上还设置注水口，壳体底面设置注气口；注水口连接注水单元，注气口连接注气单元；直井井筒顶端出口连接气液分离单元，且在直井井筒顶端出口与气液分离单元之间的连接管路上设置有回压阀；

所述信号采集单元用于采集壳体内的电阻率信号、差压信号、温度信号、压力表信号以及回压阀信号。

2.如权利要求1所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述壳体与顶盖之间设有密封圈并通过螺纹连接。

3.如权利要求2所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述顶盖上设置至少两个集成板，集成板上设有多个安装口，每个安装口内安装一个纵向外接头，纵向外接头连接纵向集成式测试头。

4.如权利要求3所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所壳体外壁面上安装有与每个横向集成式测试头一一对应的外接头，所有外接头均与信号采集单元连接。

5.如权利要求1所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述注水单元包括去离子水罐和注水泵，注水泵进口连接去离子水罐，出口连接检测模拟单元的注水口。

6.如权利要求1所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述注气单元包括甲烷气瓶、气体增压泵、空气压缩机、储气罐，气体增压泵进气口连接甲烷气瓶，出气口连接储气罐，储气罐连接检测模拟单元的注气口；气体增压泵同时与空气压缩机连接。

7.如权利要求1所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述气液分离单元包括气液分离器，直井井筒出口与气液分离器连接，且在两者之间的连接管路上设置回压阀，气液分离器的气体出口连接气体流量计，气液分离器下方设置称量天平用于称量液体重量。

8.如权利要求1所述的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，其特征在于，所述多孔介质是石英砂。

9.一种采用权利要求1-8任意一项所述的气水流动监测模拟装置进行实验的方法，其特征在于，步骤如下：

S1、在监测模拟单元内填充干燥的多孔介质，压实，安装顶盖密封；

S2、将监测模拟单元放入恒温水浴箱中，开启并调节至实验所需温度并恒温；

S3、通过注气单元向监测模拟单元内注入甲烷至20MPa，测试监测模拟单元中的密封性，确保不漏气，继续实验；

S4、将去离子水罐中的水注入到监测模拟单元，直到压力表的压力达到实际储层的压力；

S5、通过注气单元向监测模拟单元注入气体，至压力为25MPa，调节恒温水浴箱的温度至储层的实际温度，水合物开始合成；

S6、打开直井井筒出口，调节回压阀，释放监测模拟单元中的未生成水合物的甲烷，将压力下降到水浴温度所对应的平衡压力；

S7、开启电加热线圈进行加热，使得水合物开始在降压过程中分解；在这过程中，监测差压、温度以及电阻率信号并传输至信号采集单元；

S8、直井井筒出口产生的进入气液分离器，气体通过气体流量计进行计量后外排，分离出的水通过天平称重。