專利名稱：一種二氧化碳置換開采天然氣水合物模擬方法及實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種二氧化碳置換開采天然氣水
合物的模擬方法及實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是指天然氣與水在一定溫度和壓力下生成的一種籠狀晶體物質(zhì)，其 遇火即可燃燒，俗稱"可燃冰"，早期天然氣水合物的研究主要是為了解決油、氣生產(chǎn)和運(yùn)輸 過程中管道、設(shè)備的堵塞問題，主要是抑制水合物的生成。隨著人們對(duì)水合物研究的不斷深 入，水合物的特性及對(duì)環(huán)境的影響越來越為人類認(rèn)識(shí)，更重要的是其作為一種有效的替代 能源的價(jià)值也益顯突出。 天然氣水合物可以以多種方式存在于自然界中，基于天然氣水合物的特點(diǎn)，它與 常規(guī)傳統(tǒng)型能源的開發(fā)不同。表現(xiàn)在水合物在海洋底埋藏是固體，在開采過程中分子構(gòu)造 發(fā)生變化，從固體變?yōu)闅怏w。也就是說，水合物在開采過程中發(fā)生相變。目前大多數(shù)有關(guān)天 然氣水合物的開發(fā)思路基本上都是首先考慮如何將蘊(yùn)藏在沉積物中的天然氣水合物進(jìn)行 分解，然后再將天然氣開采至地面。 一般來說，人為地打破天然氣水合物穩(wěn)定存在的溫度壓 力條件，造成其分解，是目前開發(fā)天然氣水合物中甲烷資源量的主要方法?，F(xiàn)有的開采方法 主要有降壓法、熱激法、化學(xué)試劑法以及這三種方法的綜合應(yīng)用。今年來，由于大量化石燃 料的應(yīng)用，使得空氣中的二氧化碳濃度越來越高，引發(fā)的溫室效應(yīng)導(dǎo)致了海平面的上升以 及其他自然災(zāi)害，因此有學(xué)者提出將二氧化碳?xì)怏w回收后儲(chǔ)存到地表之下以降低空氣中的 二氧化碳濃度，將二氧化碳注入到地表天然氣水合物藏中會(huì)使天然氣水合物到二氧化碳水 合物的轉(zhuǎn)化。上述工藝不僅能促進(jìn)天然氣的回收，而且二氧化碳在沉積物中形成水合物后 可以維持沉積物的機(jī)械穩(wěn)定性。 由于各地的地質(zhì)條件和天然氣水合物的成分不同，形成機(jī)制各異，所以通過模擬 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，選擇合適的置換壓力、從而確定較合適的開采工藝，直接指導(dǎo)勘查開發(fā)，但 現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)比較簡單，難以滿足目前二氧化碳置換開采天然氣水合物研究需要， 同時(shí)完全為二氧化碳置換開采天然氣水合物方法服務(wù)的專業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)室還比較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化碳置換開采天然氣水合物模擬方法及實(shí)驗(yàn)裝 置，該模擬實(shí)驗(yàn)裝置可以綜合研究各種開采機(jī)理、開采動(dòng)態(tài)、并對(duì)各種開采方法進(jìn)行優(yōu)化和 綜合評(píng)價(jià)。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種二氧化碳置換開采天然氣 水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一維模型、氣體供給單元、工作液供給單元、軸壓控制單元、回壓控 制單元、環(huán)境控制單元，并在上述各單元上分別設(shè)有用于感應(yīng)各單元工作狀態(tài)的傳感器，該 傳感器電連接到數(shù)據(jù)處理單元；所述一維模型設(shè)置于環(huán)境控制單元當(dāng)中，其內(nèi)部為密封的 模擬腔，在一維模型上設(shè)有氣液入口 、氣液出口和軸壓進(jìn)液口 ，所述氣體供給單元的氣體輸出管路與工作液供給單元的工作液輸出管路連接后與氣液入口連通，回壓控制單元的回壓 采集管路與所述氣液出口連通，所述軸壓控制單元與所述軸壓進(jìn)液口連接；一維模型上還 設(shè)置抽真空接口，用于與抽真空的設(shè)備連接；。 環(huán)境控制單元用于控制一維模型的環(huán)境溫度；氣體供給單元用于向一維模型輸入 天然氣以及二氧化碳?xì)怏w，并可控制輸入的氣體的壓力；工作液供給單元用于向一維模型 內(nèi)輸入工作液；回壓控制單元用于控制模擬開采之后的天然氣、水等的輸出壓力；軸壓控 制單元用于壓實(shí)一維模型模擬腔內(nèi)的多孔介質(zhì)；數(shù)據(jù)處理單元用于采集和處理各傳感器的 信號(hào)，各傳感器的信號(hào)采集一般包括向一維模型模擬腔內(nèi)輸入的天然氣量、水量，模擬開 采輸出的天然氣量、產(chǎn)生的水量，模擬腔內(nèi)的溫度、壓力、差壓、聲阻抗以及電阻，各傳感器 的數(shù)據(jù)處理一般包括輸出時(shí)間-溫度曲線、時(shí)間-壓力曲線、時(shí)間-差壓曲線、時(shí)間-聲阻 抗曲線、時(shí)間-電阻曲線、壓力-開采量曲線等等，以對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；數(shù)據(jù)處理單元 能對(duì)溫度、壓力、流量及液體重量等參數(shù)進(jìn)行在線測量，顯示其瞬值和累計(jì)值，電阻、聲阻抗 探測均能在線連續(xù)監(jiān)測。 所述一維模型為圓柱形不銹鋼反應(yīng)釜，包括筒體，該筒體前后端部上分別套有前 法蘭和后法蘭以形成密封的模擬腔；在所述筒體的外側(cè)套有水夾套，該水夾套通過水夾套 入口和水夾套出口分別與所述環(huán)境控制單元連接，所述氣液入口設(shè)置在前法蘭上并連通到 筒體內(nèi)，所述氣液出口設(shè)置在后法蘭上并連通到筒體內(nèi)。通過設(shè)置水夾套能更好的提高一 維模型的換熱效果，更準(zhǔn)確的對(duì)一維模型進(jìn)行溫度控制。 在所述筒體內(nèi)均布有溫度探頭、差壓探頭、電阻探頭、連接到電極的電極接口，溫 度探頭連接到溫度傳感器，電阻探頭分別設(shè)置在筒體的兩側(cè)上，所述差壓探頭連接到第二 差壓傳感器；在筒體兩端端部內(nèi)分別靠近氣液入口和氣液出口的位置處設(shè)有超聲波發(fā)射探 頭和超聲波接收探頭，抽真空接口設(shè)置在氣液入口處，該抽真空接口連接到真空泵，在氣液 入口和氣液出口處還分別設(shè)有壓力測量接口 ，該壓力測量接口連接到壓力傳感器，所述電 極、溫度傳感器、第二差壓傳感器、壓力傳感器、超聲波探頭分別與所述數(shù)據(jù)處理單元連接。
所述環(huán)境控制單元包括有恒溫水浴，所述水夾套入口和水夾套出口分別與恒溫水 浴相連通，所述傳感器為設(shè)置在恒溫水浴中的溫度傳感器。通過環(huán)境控制單元可對(duì)一維模 型進(jìn)行溫度的精確控制。 所述氣體供給單元包括設(shè)置在氣體輸出管路上、并依次連接的天然氣源、二氧化 碳?xì)庠?、氣體壓縮機(jī)、減壓閥、截止閥、過濾器、氣體流量計(jì)和單向閥，在單向閥上連接有壓 力表，所述傳感器為氣體流量計(jì)。該氣體供給單元上的感應(yīng)元件為氣體流量計(jì)，氣體流量計(jì) 可將所測得的氣體流量值輸入到數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行分析處理。 所述工作液供給單元包括設(shè)置在工作液輸出管路上、并依次連接的工作液儲(chǔ)存 罐、液壓泵、中間容器、加熱罐、截止閥，所述傳感器為設(shè)置在液壓泵內(nèi)的液體壓力傳感器。 工作液供給單元上的傳感器為裝有液體壓力傳感器的液壓泵，中間容器是在當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程需 要加入助劑時(shí)，避免助劑對(duì)液壓泵的損壞而使用的一種間接容器，在水合物注熱開采實(shí)驗(yàn) 中，需將加熱罐加熱到實(shí)驗(yàn)所需溫度，工作液流經(jīng)加熱罐充分換熱后進(jìn)入一維模型中。
所述回壓控制單元包括設(shè)置在回壓采集管路上、并依次連接的回壓閥、氣液分離 器和儲(chǔ)液罐，以及與該氣液分離器連接的氣體流量計(jì)，與儲(chǔ)液罐連接的第一差壓傳感器，所 述傳感器為氣體流量計(jì)和第一差壓傳感器。
所述軸壓控制單元包括與軸壓進(jìn)液口連接的液壓泵與截止閥。能保證壓緊一維模 型模擬腔內(nèi)的多孔介質(zhì)，使其更符合真實(shí)環(huán)境中多孔介質(zhì)特性。 數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集箱，與數(shù)據(jù)采集箱連接的中央處理裝置，所述中央處 理裝置內(nèi)包括有用于采集傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、用于處理傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)處理模 塊以及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊處理結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)采集模塊與一維模型、天然 氣供給單元、工作液供給單元、軸壓控制單元、回壓控制單元和環(huán)境控制單元上的傳感器 電連接，采集各傳感器所對(duì)應(yīng)的壓力、差壓、溫度、電阻、聲阻抗、開采量等參數(shù)；數(shù)據(jù)處理 模塊可為數(shù)據(jù)處理軟件或其它結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理模塊將各傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，以取得時(shí) 間 -壓力、時(shí)間_差壓、時(shí)間_溫度、時(shí)間_電阻、時(shí)間_聲阻抗、時(shí)間_開采量等曲線，用于 對(duì)開采的情況進(jìn)行分析；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊可將數(shù)據(jù)處理模塊的處理結(jié)果以及光纖內(nèi)窺鏡觀察 到的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。 本發(fā)明還提供了一種二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，采用向甲烷水 合物層連續(xù)或間歇注入二氧化碳?xì)怏w的方法開采甲烷水合物，其具體的過程包括步驟
(1)在定容或定壓條件下，在反應(yīng)容器中利用天然氣和工作液反應(yīng)生成甲烷水合 物層；此處反應(yīng)容器可以為前述的裝置中的一維模型；
(2)向反應(yīng)容器中注入二氧化碳?xì)怏w； (3)分別在不同的時(shí)間采集反應(yīng)容器中的氣相并分析組分； (4)當(dāng)反應(yīng)容器中的氣相甲烷含量高于預(yù)定值時(shí)，開始定壓開采反應(yīng)釜中的甲烷 氣體。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、本實(shí)驗(yàn)裝置中的一維模型由法蘭固定，裝卸方便。 2、通過本實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行二氧化碳置換天然氣水合物模擬開采，并可模擬多種不 同的開采方式以進(jìn)行比較； 3、通過本實(shí)驗(yàn)裝置，可利用電阻、聲阻抗等模擬腔內(nèi)部的水合物狀態(tài)； 4、本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置可以真實(shí)地模擬外部環(huán)境，對(duì)二氧化碳置換開采過程、開
采效果進(jìn)行綜合評(píng)估，可以為天然氣水合物的二氧化碳置換開采提供指導(dǎo)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明一維模型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明一維模型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖標(biāo)記說明l-一維模型，2-模擬腔，3-恒溫水浴，4-水夾套，5-天然氣源， 6-二氧化碳?xì)庠矗?-氣體壓縮機(jī)，8-減壓閥，9-截止閥，10-過濾器，ll-氣體流量計(jì)，12-單 向閥，13-壓力表，14-壓力控制閥，15-工作液儲(chǔ)存罐，16-液壓泵，17-中間容器，18-加 熱罐，19-截止閥，20-真空泵，21-液壓泵，22-氣體取樣口 ， 23-回壓閥，24-氣液分離器， 25-氣體流量計(jì)，26-儲(chǔ)液罐，27-第一差壓傳感器，28-壓力傳感器，29-第二差壓傳感器， 30-電極，31-溫度傳感器，32-超聲波，33-數(shù)據(jù)采集箱，34-中央處理裝置，35-氣液進(jìn)口 ， 37-水夾套入口 ， 38-溫度探頭，39-差壓探頭，40-水合物層，41-筒體，42-固定螺母，43-軸 壓活塞，44-氣液出口 ， 45-軸壓進(jìn)液口 ， 46-后法蘭，47-水夾套出口 ， 48-超聲波發(fā)射探頭，49-超聲波接收探頭，50-前法蘭，51-電阻探頭，52-電阻探頭。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例 請(qǐng)參閱圖1所示，一種二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一維模 型1、氣體供給單元、工作液供給單元、軸壓控制單元、回壓控制單元、環(huán)境控制單元，在上述 各單元上設(shè)有若干傳感器，這些傳感器通過信號(hào)線或數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理單元電連接；并在 上述各單元上分別設(shè)有用于感應(yīng)各單元工作狀態(tài)的傳感器，該傳感器電連接到數(shù)據(jù)處理單 元；一維模型1的內(nèi)部為密封的模擬腔，一維模型1設(shè)置于環(huán)境控制單元當(dāng)中，在一維模型 1上設(shè)有氣液入口 35、氣液出口 44和軸壓進(jìn)液口 45，氣體供給單元的氣體輸出管路與工作 液供給單元的工作液輸出管路連接后通過控制閥再與氣液入口 35連通，回壓控制單元的 回壓采集管路通過控制閥與氣液出口 44連通，軸壓控制單元通過控制閥與所述軸壓進(jìn)液 口 45連接，一維模型1上還設(shè)置抽真空接口，用于與抽真空的設(shè)備連接。
請(qǐng)參閱圖2和圖3所示，一維模型1為圓柱形不銹鋼反應(yīng)釜，包括筒體41，該筒體 41前后端部上分別套有前法蘭50和后法蘭46，前法蘭50和后法蘭46通過若干螺栓與筒 體41固定密封以形成密封的模擬腔2 ;在筒體41的外側(cè)套有水夾套4，該水夾套4通過水 夾套入口 37和水夾套出口 47分別與環(huán)境控制單元連接，氣液入口 35設(shè)置在前法蘭50中 部上并連通到筒體41內(nèi)，氣液出口 44設(shè)置在后法蘭46中部上并連通到筒體41內(nèi)，在筒體 41的后法蘭46上還連接有軸壓活塞43，軸壓活塞43通過固定螺母42固定在筒體41上。
在筒體41內(nèi)均布有溫度探頭38、差壓探頭39、電阻探頭(51， 52)，連接到電極30 的電極接口 ，溫度探頭38連接到溫度傳感器31 ，電阻探頭(51 ， 52)分別設(shè)置在筒體41的兩 側(cè)上，差壓探頭39連接到第二差壓傳感器29 ;在筒體41兩端端部內(nèi)分別靠近氣液入口 35 和氣液出口 44的位置處設(shè)有超聲波發(fā)射探頭48超聲波接收49，可以測量模擬腔2內(nèi)聲阻 抗，在氣液入口 35處設(shè)有抽真空接口，該抽真空接口連接到真空泵20，在氣液入口 35和氣 液出口 44處還分別設(shè)有壓力測量接口，該壓力測量接口連接到壓力傳感器28，可以測量一 維模型1進(jìn)出口的壓力大小，電極30、溫度傳感器31、第二差壓傳感器29、壓力傳感器28、 超聲波探頭(48,49)分別與數(shù)據(jù)處理單元連接。天然氣和工作液被注入模擬腔2后，在模 擬腔2內(nèi)形成水合物層；將水合物層沿軸向方向分為4個(gè)測點(diǎn)，分別測量溫度、電阻與差壓。
本發(fā)明其他單元的具體結(jié)構(gòu)如下所述 環(huán)境控制單元包括有恒溫水浴3，水夾套入口 37和水夾套出口 47分別與恒溫水 浴3相連通，傳感器為設(shè)置在恒溫水浴3中的溫度傳感器。環(huán)境控制單元用于對(duì)一維模型 進(jìn)行溫度的精確控制。 氣體供給單元包括設(shè)置在氣體輸出管路上、并依次連接的天然氣源5、二氧化碳?xì)?源6、氣體壓縮機(jī)7、減壓閥8、截止閥9、過濾器10、氣體流量計(jì)ll和單向閥12，在單向閥12 上連接有壓力表13，傳感器為氣體流量計(jì)ll，氣體輸出管路與氣液入口 35相通。
工作液供給單元包括設(shè)置在工作液輸出管路上、并依次連接的工作液儲(chǔ)存罐15、 液壓泵16、中間容器17、加熱罐18、截止閥19，傳感器為設(shè)置在液壓泵16內(nèi)的液體壓力傳 感器，工作液輸出管路與氣液入口 35相通，模擬腔2分別與截止閥19、真空泵20相連接。
回壓控制單元包括設(shè)置在回壓采集管路上、并依次連接的回壓閥23、氣液分離器 24和儲(chǔ)液罐26，以及與該氣液分離器24連接的氣體流量計(jì)25，與儲(chǔ)液罐26連接的第一差 壓傳感器27，傳感器為氣體流量計(jì)25和第一差壓傳感器27?；貕嚎刂茊卧獙⒁曰貕洪y23 的一個(gè)管路接口作為回壓采集管路，與一維模型1上的氣液出口 44連通，回壓控制單元主 要指出口壓力控制與產(chǎn)出計(jì)量，回壓閥23用于控制一維模型1的出口壓力，氣液分離器24 將其中的氣、液分離之后，由氣體流量計(jì)25測出模擬開采的天然氣量，模擬開采的液體流 入儲(chǔ)液罐26，利用與該儲(chǔ)液罐26連接的第一差壓傳感器27測量該液體量，該回壓控制單元 還可包括回壓氣瓶、減壓閥、壓力表、放空閥。 軸壓控制單元包括液壓泵21與截止閥，液壓泵21通過截止閥與軸壓進(jìn)液口 45連 接。 數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集箱33，與數(shù)據(jù)采集箱33連接的中央處理裝置34，中央 處理裝置34內(nèi)包括有用于采集各個(gè)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、用于處理傳感器信號(hào)的 數(shù)據(jù)處理模塊以及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊處理結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。 本發(fā)明還提供了一種二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，采用向甲烷水 合物層連續(xù)或間歇注入二氧化碳?xì)怏w的方法開采甲烷水合物，其具體的過程包括步驟
(1)在定容或定壓條件下，在反應(yīng)容器中利用天然氣和工作液反應(yīng)生成甲烷水合 物層；在本實(shí)施例中以前述裝置中的一維模型為反應(yīng)容器，在預(yù)定溫度壓力條件下反應(yīng)生 成甲烷水合物層；甲烷水合物可在定容或定壓條件下生成，實(shí)驗(yàn)所采用的溫度與壓力均根 據(jù)所模擬的水合物層所在地層的真實(shí)壓力與溫度確定。在生成過程中，反應(yīng)釜中的溫度保 持恒定。生成消耗氣量在定容時(shí)根據(jù)反應(yīng)釜中的壓力變化計(jì)算，定壓時(shí)根據(jù)進(jìn)氣端氣體流 (2)向一維模型中注入二氧化碳?xì)怏w；二氧化碳注入的壓力高于甲烷水合物在實(shí) 驗(yàn)溫度下的平衡分解壓力，以確保無甲烷水合物分解。注入的二氧化碳?xì)怏w量根據(jù)進(jìn)氣端 氣體流量計(jì)測定。 (3)分別在不同的時(shí)間采集一維模型中的氣相并分析組分；觀測反應(yīng)系統(tǒng)壓力及 溫度變化情況，每隔24 48h采集系統(tǒng)微量氣體，用氣相色譜儀分析其組分變化情況，監(jiān)測 置換反應(yīng)的進(jìn)行程度。 (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中甲烷含量的變化速度以及開采的經(jīng)濟(jì)性確定開采時(shí)甲烷含量 的預(yù)定值，一般以甲烷含量達(dá)到摩爾百分比80% _90%為預(yù)定值。當(dāng)一維模型中的氣相甲 烷含量高于預(yù)定值時(shí)，開始定壓開采反應(yīng)釜中的甲烷氣體。出口壓力由回壓控制單元控制， 氣體的開采量由氣體流量計(jì)測量。 本實(shí)施例中， 一維模型1的耐壓范圍為0 25MPa，內(nèi)腔為容積283. 4ml的圓柱形
膠皮套；筒體41反應(yīng)釜內(nèi)部為圓柱形，內(nèi)徑38mm，內(nèi)部有效長度250mm。 上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)
明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
一種二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括一維模型(1)、氣體供給單元、工作液供給單元、軸壓控制單元、回壓控制單元、環(huán)境控制單元，并在上述各單元上分別設(shè)有用于感應(yīng)各單元工作狀態(tài)的傳感器，該傳感器電連接到數(shù)據(jù)處理單元；所述一維模型(1)的內(nèi)部為密封的模擬腔，一維模型(1)設(shè)置于環(huán)境控制單元當(dāng)中，在一維模型(1)上設(shè)有氣液入口(35)、氣液出口(44)和軸壓進(jìn)液口(45)，所述氣體供給單元的氣體輸出管路與工作液供給單元的工作液輸出管路連接后與氣液入口(35)連通，回壓控制單元的回壓采集管路與所述氣液出口(44)連通，所述軸壓控制單元與所述軸壓進(jìn)液口(45)連接；一維模型(1)上還設(shè)置抽真空接口，用于與抽真空的設(shè)備連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所 述一維模型(1)為圓柱形不銹鋼反應(yīng)釜，包括筒體(41)，該筒體(41)前后端部上分別套有 前法蘭(50)和后法蘭(46)以形成密封的模擬腔(2);在所述筒體(41)的外側(cè)套有水夾套 (4)，該水夾套(4)通過水夾套入口 (37)和水夾套出口 (47)分別與所述環(huán)境控制單元連 接，所述氣液入口 (35)設(shè)置在前法蘭(50)上并連通到筒體(41)內(nèi)，所述氣液出口 (44)設(shè) 置在后法蘭(46)上并連通到筒體(41)內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求2所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于在 所述筒體(41)內(nèi)均布有溫度探頭(38)、差壓探頭(39)、電阻探頭(51，52)、連接到電極 (30)的電極接口，溫度探頭(38)連接到溫度傳感器(31)，電阻探頭(51,52)分別設(shè)置在筒 體(41)的兩側(cè)上，所述差壓探頭(39)連接到第二差壓傳感器(29);在筒體(41)兩端端部 內(nèi)分別靠近氣液入口 (35)和氣液出口 (44)的位置處設(shè)有超聲波發(fā)射探頭(48)和超聲波 接收探頭(49);抽真空接口設(shè)置在氣液入口 (35)處，該抽真空接口連接到真空泵(20);在 氣液入口 (35)和氣液出口 (44)處還分別設(shè)有壓力測量接口，該壓力測量接 口連接到壓力 傳感器(28)，所述電極(30)、溫度傳感器(31)、第二差壓傳感器(29)、壓力傳感器(28)、超 聲波探頭(48,49)分別與所述數(shù)據(jù)處理單元連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所 述環(huán)境控制單元包括有恒溫水浴(3)，所述水夾套入口 (37)和水夾套出口 (47)分別與恒溫 水浴(3)相連通，所述傳感器為設(shè)置在恒溫水浴(3)中的溫度傳感器。
5. 如權(quán)利要求l所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 所述氣體供給單元包括設(shè)置在氣體輸出管路上、并依次連接的天然氣源(5)、二氧化碳?xì)?源(6)、氣體壓縮機(jī)(7)、減壓閥(8)、截止閥(9)、過濾器(10)、氣體流量計(jì)(11)和單向閥 (12)，在單向閥(12)上連接有壓力表(13)，所述傳感器為氣體流量計(jì)(11)。
6. 如權(quán)利要求1所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所 述工作液供給單元包括設(shè)置在工作液輸出管路上、并依次連接的工作液儲(chǔ)存罐(15)、液壓 泵(16)、中間容器(17)、加熱罐(18)、截止閥(19)，所述傳感器為設(shè)置在液壓泵(16)內(nèi)的 液體壓力傳感器。
7. 如權(quán)利要求1所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所 述回壓控制單元包括設(shè)置在回壓采集管路上、并依次連接的回壓閥(23)、氣液分離器(24) 和儲(chǔ)液罐(26)，以及與該氣液分離器(24)連接的氣體流量計(jì)(25)，與儲(chǔ)液罐(26)連接的 第一差壓傳感器(27)，所述傳感器為氣體流量計(jì)(25)和第一差壓傳感器(27)。
8. 如權(quán)利要求1所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述軸壓控制單元包括與軸壓進(jìn)液口 (45)連接的液壓泵(21)與截止閥。
9. 如權(quán)利要求1所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于數(shù) 據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集箱(33)，與數(shù)據(jù)采集箱(33)連接的中央處理裝置(34)，所述中央 處理裝置(34)內(nèi)包括有用于采集傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、用于處理傳感器信號(hào)的數(shù) 據(jù)處理模塊以及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊處理結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
10. —種二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，其特征在于，采用向甲烷水合物 層連續(xù)或間歇注入二氧化碳?xì)怏w的方法開采甲烷水合物，其具體的過程包括步驟(1) 在定容或定壓條件下，在反應(yīng)容器中利用天然氣和工作液反應(yīng)生成甲烷水合物層；(2) 向反應(yīng)容器中注入二氧化碳?xì)怏w；(3) 分別在不同的時(shí)間采集反應(yīng)容器中的氣相并分析組分；(4) 當(dāng)反應(yīng)容器中的氣相甲烷含量高于預(yù)定值時(shí)，開始定壓開采反應(yīng)釜中的甲烷氣體。
11. 如權(quán)利要求io所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，其特征在于，所述步驟(1)中，反應(yīng)容器中的溫度保持恒定；生成消耗氣量在定容時(shí)根據(jù)反應(yīng)釜中的壓 力變化計(jì)算，定壓時(shí)根據(jù)進(jìn)氣端氣體流量計(jì)測定。
12. 如權(quán)利要求IO所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，其特征在于， 所述步驟(2)中，二氧化碳注入的壓力高于甲烷水合物在實(shí)驗(yàn)溫度下的平衡分解壓力，以 確保無甲烷水合物分解。
13. 如權(quán)利要求IO所述的二氧化碳置換開采天然氣水合物的模擬方法，其特征在于， 所述步驟(3)中，每隔24 48h采集系統(tǒng)微量氣體，用氣相色譜儀分析其組分變化情況，監(jiān) 測置換反應(yīng)的進(jìn)行程度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化碳置換開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，包括一維模型、氣體供給單元、工作液供給單元、軸壓控制單元、回壓控制單元、環(huán)境控制單元，并在上述各單元上分別設(shè)有連接到數(shù)據(jù)處理單元的傳感器；一維模型設(shè)置于環(huán)境控制單元當(dāng)中，其內(nèi)部為密封的模擬腔，其上設(shè)有氣液入口、氣液出口和軸壓進(jìn)液口，氣體供給單元的氣體輸出管路與工作液供給單元的工作液輸出管路連接后與氣液入口連通，回壓控制單元的回壓采集管路與氣液出口連通，軸壓控制單元與軸壓進(jìn)液口連接；一維模型上還設(shè)置抽真空接口。通過本發(fā)明可真實(shí)地模擬外部環(huán)境，進(jìn)行二氧化碳置換天然氣水合物模擬開采，可以為天然氣水合物的二氧化碳置換開采提供指導(dǎo)。
文檔編號(hào)E21B43/22GK101761326SQ20091021441
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者張郁, 李剛, 李小森, 陳朝陽, 顏克鳳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州能源研究所