[发明专利]一种下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法

说明书

本发明涉及一种下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法，其在模拟反应器中安装气液渗流控制系统，将模拟反应器分为水合物区和游离气区；先采用模拟反应器倒置的方法制备具有上覆游离气的水合物藏，然后将模拟反应器上下翻转，制得具有下伏游离气的水合物藏；接着开展水合物开采试验，通过水合物层和游离气层压差自动开启气液渗流控制系统，实现开采过程上部水合物层和下部游离气层之间气液渗流均匀分布。本发明制备的水合物层和游离气层中的气、水及水合物饱和度控制精度高，操作简单方便，可精确模拟实际开采过程水合物层和游离气层之间的气液渗流特性，可应用于各种不同类型下伏游离气水合物藏开采模拟试验。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物开采模拟装置与方法，尤其是关于一种下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法，属于新能源技术领域。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate)是在低温、高压条件下水和天然气中低分子量的烃类化合物形成的一种非化学计量型、类冰状、笼型结晶化合物。自然界天然气水合物绝大部分赋存于海底，具有储量大、分布广、埋藏浅、能量密度高、燃烧后无污染和残留等优点。据估计，地球上以天然气水合物形式储藏的有机碳占全球总有机碳的53％，是煤、石油、天然气三种化石燃料总碳量的2倍。因此，天然气水合物被认为是21世纪的理想清洁替代能源。

天然气水合物以固体形式赋存于泥质海底的松散沉积层中，在开采过程中发生相转化，与石油、天然气的开采相比，具有很大的开采难度。研究表明，在众多类型的天然气水合物矿藏中，含有下伏游离气的天然气水合物藏是一种最具商业化课程潜力的水合物类型，因此，对其进行深入研究具有重要意义和实际应用价值。

相比于天然气水合物现场试采，天然气水合物室内开采物理模拟技术是开展天然气水合物开采研究的最有效手段，具有成本低、适应性广等优点。然而，要在实验室模拟含有下伏游离气的天然气水合物藏，具有很大的技术难度；实际的海底含下伏游离气的天然气水合物藏，其上部水合物储层由沉积物+水合物+自由水组成，下部游离气层由沉积物+游离气+水组成；在实验室模拟制备水合物藏的过程中，下部的游离气会向上渗透，上部的自由水会向下渗流，导致现有天然气水合物开采模拟装置很难模拟制备与实际水合物藏相似的下伏游离气水合物藏，并进行开采模拟研究。中国发明专利CN101240700B公开了一种含游离气层的天然气水合物开采模拟实验装置，该装置主要是采用一个游离气釜和一个水合物反应釜来分别模拟上层水合物层和下部游离气藏，并将这两个分开的反应釜用气压阀和管线连接起来，但是这种两个反应釜之间的气压阀和管线连接难以精确模拟开采过程上层水合物藏和下层游离气藏之间气液渗流过程。

因此，需要研究开发一种精确、可靠的下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法，应用于海洋下伏游离气天然气水合物开采模拟试验研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种精确、可靠的下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种下伏游离气天然气水合物开采模拟装置，包括：模拟反应器，为耐压密封筒形釜体；气液渗流控制系统，设置在所述模拟反应器内，且所述气液渗流控制系统被配置为将所述模拟反应器内部腔体分隔为游离气区和水合物区，所述游离气区和水合物区内均填充有多孔介质；翻转装置，与所述模拟反应器连接，且所述翻转装置被配置为可将所述模拟反应器翻转180°；气液分布器，安装在所述模拟反应器的水合物区底部；开采井，所述开采井的出口端位于所述模拟反应器的外部，所述开采井的进口端贯穿所述模拟反应器的水合物区和气液渗流控制系统后伸入至所述模拟反应器的游离气区；定量注气系统，通过阀门和管线分别连接所述气液分布器和模拟反应器的游离气区顶部；定量注液系统，通过阀门和管线分别连接至所述模拟反应器的游离气区和水合物区的顶部；气液分离器和气液在线计量系统，所述气液分离器的出口端与所述气液在线计量系统相连，所述气液分离器的进口端通过稳压控制系统、阀门和管线连接至所述开采井的出口端。