含水合物地层受热沉降模拟实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置及方法，所述装置包括配置有反应腔的反应容器；与反应容器连接用于分别调节反应腔内部压力和温度的加压组件和温控组件；环绕反应容器的侧壁用于调节反应腔内部围压的围压组件；竖直设在反应腔的底部并向上延伸插入水合物中的电加热管，具有中空通道，侧壁设有与中空通道连通的网孔；与电加热管连通用于收集和测量水合物融化后的气液固量的采集测量装置；与加压组件、温控组件、围压组件和采集测量装置连接的控制模块。本发明专利技术实施例能够获取不同加热范围、加热温度条件下，水合物分解气液固量与地层沉降量的变化规律。

【技术实现步骤摘要】
含水合物地层受热沉降模拟实验装置及方法
本专利技术涉及海上天然气水合物勘探开发中地层沉降研究的装备，尤其涉及一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置及方法。
技术介绍
天然气水合物被发现广泛存在于陆地冻土地带和海底底层，储量巨大，被认为是最有应用前景的新能源之一。但是，海底开采天然气水合物可能会带来一系列的问题，例如海床变形沉降失稳、开采井周边区域地层的破坏坍塌等。目前，已有学者对水合物开采过程中地层沉降进行有限元分析的数值模拟，但对于有关于地层沉降的模拟试验仅有少部分研究内容。同时对加热范围、加热温度、产气量、产水量与地层沉降量的相关关系研究较为欠缺，对于地层沉降的预测尚需加以重视，且未见有控制加热温度和加热范围的含水合物地层模拟沉降试验装置，对不同条件下地层沉降量的预测精度不高。
技术实现思路
基于前述的现有技术缺陷，本专利技术实施例提供一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置及方法，能较佳的解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置，包括：反应容器，配置有用于生成水合物和模拟地层沉降的反应腔，设有用于供用户观察所述反应腔内部情况的可视化窗口；所述反应容器包括：上端开口的容器体、可拆卸盖合在所述容器体上端的上盖；加压组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的压力；温控组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的温度；围压组件，环绕所述反应容器的侧壁，用于调节所述反应腔内部的围压；电加热管，竖直设在所述反应腔的底部并向上延伸插入所述水合物中；所述电加热管具有中空通道，侧壁设有与所述中空通道连通的网孔；采集测量装置，与所述电加热管连通，用于收集和测量水合物受热分解的气液固量；控制模块，与所述加压组件、温控组件和采集测量装置连接，用于控制所述加压组件和温控组件的开闭，和获取所述采集测量装置采集到的气液固量。一种利用上述实施例所述的含水合物地层受热沉降模拟实验装置的方法，包括：步骤S1：将所述上盖从所述容器体上端拆卸下来，将模拟砂土层均匀铺设在所述反应容器的底部，在所述电加热管的四周敷设含水砂层，再将所述上盖连接在所述容器体上端；步骤S2：控制所述加压组件和温控组件操作，向所述反应容器内注入天然气，并调节所述反应容器内的压力和温度，进行水合物的生成；步骤S3：通过所述可视化窗口观察到水合物生成完成后，打开所述上盖，在水合物上部敷设土层盖层，反复压实静止直至密实，静置预定时间；在静置时间内，保持所述反应容器内的压力和温度，以保证水合物稳定存在；步骤S4：控制全部电加热管操作，调节所述电加热管的温度，模拟钻遇水合物过程中地层受热，实时收集含水合物地层受热产生的分解物，观察和记录地层沉降情况和沉降量；步骤S5：在分解物量逐渐降低至无分解物产出后，打开所述上盖，重复上述步骤S1至S3，改变所述电加热管的加热数量，模拟不同加热范围条件下含水合物地层受热情况，实时收集水合物分解产生的气液固量，观察和记录地层沉降情况和沉降量。本专利技术实施例的含水合物地层受热沉降模拟实验装置，能够模拟含水合物地层受热后的地层沉降过程，从而获得水合物地层开采过程中的地层沉降特性，有助于研究不同情况下含水合物地层受热而产生地层沉降的机理和地层沉降规律，为下一步建立水合物开采过程中地层沉降预测模型和进行一步分析海洋水合物钻前设计等奠定理论基础。此外，本专利技术实施例可以改变电加热管的加热数量和温度，从而研究不同加热范围和加热温度条件下含水合物地层的沉降特征。通过设置采集测量装置，可以进行水合物分解物的收集、处理和计量，从而研究地层沉降量与排水量、排气量的关系。附图说明图1为本专利技术实施例的含水合物地层受热沉降模拟实验装置的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例提供了一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置，包括：反应容器1、加压组件2、温控组件3、围压组件4、电加热管5、采集测量装置6和控制模块(未示出)。其中，反应容器1由耐高压低温的材料制成，包括上端开口的容器体104和可拆卸盖合在容器体104上端的上盖105，上盖105可通过法兰结构可拆卸的连接在容器体104上端。反应容器1配置有用于生成水合物和模拟地层沉降的反应腔101，该反应腔101由容器体104和上盖105共同构成。反应容器1同时还设有用于供用户观察反应腔101内部情况的可视化窗口102，可视化窗口102由高强度玻璃制成，设在容器体104的侧壁。加压组件2与反应容器1连接，用于调节反应腔101内部的压力。具体的，加压组件2可以包括气瓶、连通气瓶与反应容器1的进气管路、设在进气管路上的调压装置。调压装置包括沿进气管路中气体的流动方向从上游到下游依次设置的增压泵、调压阀。其中，反应容器1的上盖105预留有注气口103，进气管路的两端分别与气瓶的出气口和上盖105的注气口103连接，继而实现气瓶与反应容器1的连通，并通过气瓶向反应容器1内充注气体，实现反应腔101内的压力调节。进一步地，反应容器1内设有与控制模块连接的压力传感器，控制模块可基于压力传感器检测到反应容器1内的压力控制调压装置操作。具体的，根据实际地层压力的大小，通过向反应腔101内充注气体来模拟实际的地层压力。因此，可事先设定一用于模拟实际地层压力的参考压力值，通过充注气体，使反应腔101内的压力逐渐趋近该参考压力值。当压力逼近该参考压力值后，控制模块可控制调压装置，放慢压力增大速度，直至压力达到设定的参考压力值时，控制调压装置停止向反应腔101中注气。更具体的，在气体充注伊始，控制模块控制调压阀打开，并控制驱动增压泵的电机或马达以较快的速度运转。这样，在实验开始阶段，反应腔101内的压力以较快的速度增大。当压力接近目标值(参考压力值)时，例如当前的压力为参考压力值的95％，为避免压力过冲，可降低压力的增大速度。则此时，控制模块可以控制驱动增压泵的电机或马达降低运转速度，和/或控制调压阀开度降低，以减缓气体充注流量，降低压力增大速度。直至反应腔101中的实际压力值到达目标压力值时，控制模块控制驱动增压泵的电机或马达停转，并控制调压阀关闭，使反应腔101中的压力值维持当前的压力值。温控组件3与反应容器1连接，用于调节反应腔101内部的温度。温控组件3主要用于在反应腔101中制造低温环境，以生成水合物。具体的，温控组件3包括制冷机组、环绕在反应容器1侧壁的水浴夹套、连接制冷机组和水浴夹套的循环管路、设在循环管路上的第一控制阀。进一步地，反应容器1内设有与控制模块连接的温度传感器，控制模块可基于温度传感器检测到反应容器1内的温度控制制冷机组和/或第一控制阀操作。同上文描述，具体的，根据实际形成水合物的温度条件，通过制冷机组在循环管路中泵输冷媒来实现对反应腔101降温。因此，可事先设定一用于模拟实际形成水合物所需的参考温度值(例如-20℃)，通过控制制冷机组工作，使反应腔1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置，其特征在于，包括：/n反应容器，配置有用于生成水合物和模拟地层沉降的反应腔，设有用于供用户观察所述反应腔内部情况的可视化窗口；所述反应容器包括：上端开口的容器体、可拆卸盖合在所述容器体上端的上盖；/n加压组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的压力；/n温控组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的温度；/n围压组件，环绕所述反应容器的侧壁，用于调节所述反应腔内部的围压；/n电加热管，竖直设在所述反应腔的底部并向上延伸插入所述水合物中；所述电加热管具有中空通道，侧壁设有与所述中空通道连通的网孔；/n采集测量装置，与所述电加热管连通，用于收集和测量水合物受热分解的气液固量；/n控制模块，与所述加压组件、温控组件和采集测量装置连接，用于控制所述加压组件和温控组件的开闭，和获取所述采集测量装置采集到的气液固量。/n

【技术特征摘要】
1.一种含水合物地层受热沉降模拟实验装置，其特征在于，包括：
反应容器，配置有用于生成水合物和模拟地层沉降的反应腔，设有用于供用户观察所述反应腔内部情况的可视化窗口；所述反应容器包括：上端开口的容器体、可拆卸盖合在所述容器体上端的上盖；
加压组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的压力；
温控组件，与所述反应容器连接，用于调节所述反应腔内部的温度；
围压组件，环绕所述反应容器的侧壁，用于调节所述反应腔内部的围压；
电加热管，竖直设在所述反应腔的底部并向上延伸插入所述水合物中；所述电加热管具有中空通道，侧壁设有与所述中空通道连通的网孔；
采集测量装置，与所述电加热管连通，用于收集和测量水合物受热分解的气液固量；
控制模块，与所述加压组件、温控组件和采集测量装置连接，用于控制所述加压组件和温控组件的开闭，和获取所述采集测量装置采集到的气液固量。


2.如权利要求1所述的含水合物地层受热沉降模拟实验装置，其特征在于，所述加压组件包括：气瓶、连通所述气瓶与所述反应容器的进气管路、设在所述进气管路上的调压装置；所述调压装置包括沿所述进气管路中气体的流动方向从上游到下游依次设置的增压泵、调压阀；
所述反应容器内设有与所述控制模块连接的压力传感器，所述控制模块基于所述压力传感器检测到所述反应容器内的压力控制所述调压装置操作。


3.如权利要求1所述的含水合物地层受热沉降模拟实验装置，其特征在于，所述温控组件包括：制冷机组、环绕在所述反应容器侧壁的水浴夹套、连接所述制冷机组和水浴夹套的循环管路、设在所述循环管路上的第一控制阀；
所述反应容器内设有与所述控制模块连接的温度传感器，所述控制模块基于所述温度传感器检测到所述反应容器内的温度控制所述制冷机组和/或第一控制阀操作。


4.如权利要求1所述的含水合物地层受热沉降模拟实验装置，其特征在于，所述围压组件包括：液压泵、驱动所述液压泵的电机、铺设在所述反应容器内的可变形胶套、连接所述液压泵和所述可变形胶套的液压管路、设在所述液压管路上的第二控制阀；
所述电机、第二控制阀与所述控制模块连接，所述控制模块控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢欢，杨进，李莅临，张东昱甫，汪文星，赵新，洪佳瑶，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11