【技术实现步骤摘要】
本技术涉及天然气水合物开采领域，特别是涉及一种天然气水合物多气合采实验装置。
技术介绍
1、天然气水合物是一种冰状固体结晶物质，形成于低温、高压环境下，其中，水分子通过氢键相互连接，形成笼状结构，将以甲烷(ch4)为主要成分的分子包裹在其中，并通过范德华力保持稳定。
2、天然气水合物广泛分布于自然环境中，主要存在于陆域的冻土和海域的大陆架边缘浅层沉积物中，其具有能量密度高、储量大、污染少且分布广泛的特点，因而被视为具有极高商业开采价值的资源。据估算，全球天然气水合物储量约为3000万亿立方米，被认为是未来潜在的清洁能源替代品。目前被认为是最有希望的天然气回收目标的水合物矿赋存类型有以下4类：1类天然气水合物矿藏由两层组成：下部的自由气体的两相流体区(即下伏气层)以及上部的含天然气水合物层；2类天然气水合物矿藏包括两个区域：上部的含水上覆层及下部的含天然气水合物层；3类天然气水合物矿藏由单个含天然气水合物层组成，其上部和下部地层内不包含可自由流动的流体；4类天然气水合物矿藏的特点是不存在1-3类典型的含水上覆层和下伏气层。其中1类天然气水合物矿藏广泛分布于海域天然气水合物赋存区域，其中包括我国南海地区，开采潜力巨大。
3、天然气水合物的开采过程涉及扰动储层稳定状态、破坏水合物热力学平衡，以诱导水合物分解，从而释放并回收天然气。现有的开采技术包括降压法、注热法、注入抑制剂法和二氧化碳(co2)置换法等。到目前为止，中国在南海神狐海域对1类天然气水合物矿藏进行了试采，实现了为期30天的连续产气，验证了1类天然气
4、然而，当前天然气水合物试采距离长期稳定的商业化开采仍存在一定差距，主要表现在生产过程中产气率低、过量产水、出砂、地层沉降等不利的生产现象。这主要是由于目前对1类天然气水合物矿藏即天然气水合物-下伏气储层赋存体系多气合采的认识有限，多气合采工程中气、水产出行为及气、水回收率的主控因素上不明晰。因此还原天然气水合物-下伏气储层赋存体系、研究多气合采过程中气水产出机理及控制因素对保证安全高效开采至关重要。然而，进行大规模生产试验的成本高昂，耗时较长，且难以精确控制岩性、降压速率、井底流压等关键参数。当前对开采过程中沉降的研究的方法多为数值模拟，缺乏实验验证。
5、因此，亟需开发一种天然气水合物多气合采实验装置，还原天然气水合物-下伏气储层赋存体系，同时实现天然气水合物层多气合采、天然气水合物-下伏气层间开采及下伏气层多气合采等开采过程，进而明确不同水合物饱和度下，不同降压速率和降压梯度如何影响天然气水合物分解及流体生产行为。
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题是：提出一种天然气水合物多气合采实验装置，以能还原天然气水合物-下伏气储层赋存条件，实现不同的多气合采，并进行气水产出定量监测。
2、本技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
3、一种天然气水合物多气合采实验装置，其用于模拟天然气水合物层多气合采、下伏气层多气合采、天然气水合物-下伏气层间开采这三种不同的开采过程，包括高压天然气水合物生成系统、高压下伏气体系稳定系统、气液产出实时定量系统、可控降压开采系统、注水装置、注气装置、组合阀、第一控制阀、第二控制阀；其中：所述高压天然气水合物生成系统用于合成天然气水合物沉积物样品，其上部具有第一开采口，下部具有第三开采口；所述高压下伏气体系稳定系统用于制备模拟下伏气层沉积物的样品，其设置在所述高压天然气水合物生成系统下方，其上部通过所述组合阀与所述高压天然气水合物生成系统的所述第三开采口连接，下部具有第二开采口；所述可控降压开采系统用于调控三种所述开采过程中的井底流压，其分别：通过所述第一控制阀与所述第一开采口连接，通过所述第二控制阀与所述第二开采口连接，以及通过所述组合阀与所述第三开采口连接；所述气液产出实时定量系统与所述可控降压开采系统连通；所述注水装置和所述注气装置均通过所述组合阀分别与所述高压天然气水合物生成系统和所述高压下伏气体系稳定系统连接。
4、优选地，所述高压天然气水合物生成系统还包括第一恒温水浴装置、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一温度传感器、高压反应釜(25)、第一防砂装置、第二防砂装置；其中：所述第一开采口位于所述高压反应釜的上部，所述第三开采口位于所述高压反应釜的下部；所述第一恒温水浴装置与所述高压反应釜连接，用于对所述高压反应釜的内部进行控温；所述第一压力传感器、第二压力传感器位于所述高压反应釜的顶部，所述第三压力传感器位于所述高压反应釜的底部；所述第一防砂装置设置在所述第一控制阀与所述第一开采口之间，所述第二防砂装置设置于所述第三开采口内，所述第一温度传感器用于监测所述高压反应釜的内部温度场变化。
5、优选地，所述高压下伏气体系稳定系统还包括高压下伏气釜、第二恒温水浴装置、第四压力传感器、第三温度传感器、第三防砂装置、第四防砂装置、第五防砂装置、第一质量监测单元，其中：所述第二开采口位于所述高压下伏气釜下部；所述第二恒温水浴装置与所述高压下伏气釜连接，用于对所述高压下伏气釜的内部进行控温；所述第四压力传感器和所述第三温度传感器分别用于监测所述高压下伏气釜的内部的压力和温度；所述质量监测单元设置在所述高压下伏气釜的下方，用于实时记录所述高压下伏气釜内的质量；所述第三防砂装置位于所述高压下伏气釜的上部和所述组合阀之间，所述第四防砂装置设置于所述第二开采口内，所述第五防砂装置设置于所述第二控制阀与所述可控降压开采系统之间。
6、优选地，所述气液产出实时定量系统包括气水分离器、气容器、第二质量监测单元、第五压力传感器和第二温度传感器、放空阀，其中：所述气水分离器分别与所述可控降压开采系统和所述气容器(16)连通；所述第二质量监测单元设置于所述气水分离器下方，所述第二温度传感器与所述气水分离器连接；所述放空阀和所述第五压力传感器均与所述气容器连接。
7、优选地，所述可控降压开采系统包括背压阀和控制单元；所述背压阀分别与所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述组合阀、所述控制单元和所述气水分离器连接，所述第五防砂装置设置于所述第二控制阀与所述背压阀之间；所述控制单元分别与第一质量监测单元和所述第二质量监测单元连接。
8、优选地，还包括温压数据采集系统，所述温压数据采集系统与所述控制单元连接，且所述温压数据采集系统分别与所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、所述第一温度传感器、第二温度传感器和所述第三温度传感器连接。
9、优选地，所述注水装置具有流量计，所述流量计与所述控制单元连接。
10、优选地，所述组合阀包括第一阀、第二阀、第三阀和第四阀，所述天然气水合物多气合采实验装置还包括第一四通和第二四通，其中：所述第一阀、第二阀、第三阀和第四阀分别连接在所述第二四通的四端，所述第一阀与所述第三开采口连接，第三阀分别与所述注水装置和所述注气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，用于模拟天然气水合物层多气合采、下伏气层多气合采、天然气水合物-下伏气层间开采这三种不同的开采过程，包括高压天然气水合物生成系统、高压下伏气体系稳定系统、气液产出实时定量系统、可控降压开采系统、注水装置(28)、注气装置(29)、组合阀(21)、第一控制阀(30)、第二控制阀(11)；其中：
2.如权利要求1所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述高压天然气水合物生成系统还包括第一恒温水浴装置(14)、第一压力传感器(P1)、第二压力传感器(P2)、第三压力传感器(P3)、第一温度传感器(T1)、高压反应釜(25)、第一防砂装置(7)、第二防砂装置(17)；其中：
3.如权利要求2所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述高压下伏气体系稳定系统还包括高压下伏气釜(26)、第二恒温水浴装置(24)、第四压力传感器(P4)、第三温度传感器(T3)、第三防砂装置(8)、第四防砂装置(9)、第五防砂装置(10)、第一质量监测单元(27)，其中：
4.如权利要求3所述的天然气水合物多
5.如权利要求4所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述可控降压开采系统包括背压阀(12)和控制单元(19)；
6.如权利要求5所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，还包括温压数据采集系统(18)，所述温压数据采集系统(18)与所述控制单元(19)连接，且所述温压数据采集系统(18)分别与所述第一压力传感器(P1)、所述第二压力传感器(P2)、所述第三压力传感器(P3)、第四压力传感器(P4)、第五压力传感器(P5)、所述第一温度传感器(T1)、第二温度传感器(T2)和所述第三温度传感器(T3)连接。
7.如权利要求6所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述注水装置(28)具有流量计(22)，所述流量计(22)与所述控制单元(19)连接。
8.如权利要求3所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述组合阀(21)包括第一阀(21-1)、第二阀(21-2)、第三阀(21-3)和第四阀(21-4)，所述天然气水合物多气合采实验装置还包括第一四通(5)和第二四通(6)，其中：
9.如权利要求7所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述第一质量监测单元(27)和所述第二质量监测单元(20)均为电子秤。
10.如权利要求7所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述第一温度传感器(T1)为多点温度传感器，所述高压反应釜(25)内配置有18根热电偶，所述18根热电偶统一通过所述第一温度传感器(T1)与所述温压数据采集系统(18)连接；所述天然气水合物多气合采实验装置还包括温控夹套(4)，所述温控夹套(4)设置于所述高压反应釜(25)外侧。
...【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，用于模拟天然气水合物层多气合采、下伏气层多气合采、天然气水合物-下伏气层间开采这三种不同的开采过程，包括高压天然气水合物生成系统、高压下伏气体系稳定系统、气液产出实时定量系统、可控降压开采系统、注水装置(28)、注气装置(29)、组合阀(21)、第一控制阀(30)、第二控制阀(11)；其中：
2.如权利要求1所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述高压天然气水合物生成系统还包括第一恒温水浴装置(14)、第一压力传感器(p1)、第二压力传感器(p2)、第三压力传感器(p3)、第一温度传感器(t1)、高压反应釜(25)、第一防砂装置(7)、第二防砂装置(17)；其中：
3.如权利要求2所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述高压下伏气体系稳定系统还包括高压下伏气釜(26)、第二恒温水浴装置(24)、第四压力传感器(p4)、第三温度传感器(t3)、第三防砂装置(8)、第四防砂装置(9)、第五防砂装置(10)、第一质量监测单元(27)，其中：
4.如权利要求3所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述气液产出实时定量系统包括气水分离器(15)、气容器(16)、第二质量监测单元(20)、第五压力传感器(p5)和第二温度传感器(t2)、放空阀(13)，其中：
5.如权利要求4所述的天然气水合物多气合采实验装置，其特征在于，所述可控降压开采系统包括背压阀(12)和控制单元(19)；
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【专利技术属性】
技术研发人员：殷振元，李帅君，张吉东，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：新型
国别省市：
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