監(jiān)測不同鉆采方法下水合物分解區(qū)域的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然氣開發(fā)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種監(jiān)測不同鉆采方法下水合物分解 區(qū)域的裝置與方法，可模擬注熱開采、降壓開采W及C〇2置換開采等Ξ種鉆采水合物的方 法，并通過監(jiān)測分析其電阻抗、溫度、壓力、圖像數(shù)據(jù)，判斷不同區(qū)域水合物分解情況，從而 評價、優(yōu)化不同鉆采方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物是一種未來清潔新能源，主要由甲燒和水組成，廣泛分布在東、西太 平洋和大西洋西部邊緣。其巨大的儲量、燃后較小的污染，吸引了各國能源領(lǐng)域?qū)＜业淖?意。由于海洋開采比陸地開采困難許多，天然氣水合物至今仍大量儲存在海底和永久凍± 層內(nèi)。
[0003] 開采天然氣水合物存在著諸多風(fēng)險，一旦發(fā)生井噴事故，可能會導(dǎo)致海嘯、海底滑 坡、海水毒化等災(zāi)害。另外，天然氣水合物的存在，可能會使海床失穩(wěn)，從而引發(fā)大規(guī)模的海 底泥流，對海底管道和通訊電纜有嚴(yán)重的破壞作用。如果地震中海底地層斷裂，天然氣水合 物分解產(chǎn)生的氣體噴出海面，或是在海水表層形成大量的易燃?xì)馀?，更會對過往的船舶甚 至低空航行的飛機(jī)造成威脅。因此，在開采天然氣水合物的時候，需要謹(jǐn)慎地回避風(fēng)險事 故。
[0004] 目前已經(jīng)提出的開采天然氣水合物的方法有Ξ種：熱解法、降壓法W及置換法。熱 解法是利用天然氣水合物在加溫時易分解的特性，通過注熱的方式分解出甲燒蒸汽來。降 壓法則是利用天然氣水合物在降壓時易分解的特性。然而由于海底的多孔介質(zhì)并不集中， 而是較為均勻地分布，分解出來的天然氣不易收集，如何布置管道并高效收集是該技術(shù)需 要解決的問題。置換法較常使用C〇2氣體。由于C〇2形成水合物的能力強(qiáng)于細(xì)4,在大量注 入的情況下，有可能將天然氣水合物中的CH4置換出，達(dá)到開采的目的。如何在開采的過程 中，設(shè)置合理的溫度、壓力參數(shù)范圍，避免事故的發(fā)生，是實(shí)際生產(chǎn)中需要解決的問題。 陽〇化]針對上述情況，有必要在室內(nèi)設(shè)計一套能夠模擬鉆井和開發(fā)水合物層方法，同時 對開采過程中的地層參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測分析的裝置，W優(yōu)選不同環(huán)境下天然氣水合物的開采方 法，預(yù)測評估實(shí)際生產(chǎn)中可能存在的問題與風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為對鉆井過程和已有的天然氣開采技術(shù)分析評價，本發(fā)明提供一種監(jiān)測不同鉆采 方法下水合物分解區(qū)域的裝置及方法，用于模擬鉆井過程、熱解法、降壓法W及置換法，并 監(jiān)測鉆采過程中水合物分解區(qū)域的裝置與方法，為深水勘探開發(fā)中開采天然氣水合物的實(shí) 踐應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 監(jiān)測不同鉆采方法下水合物分解區(qū)域的裝置，包括：反應(yīng)單元、輔助單元和測定單 元；反應(yīng)單元模擬水合物儲層環(huán)境，為水合物的生成與分解提供場所，模擬注熱開采水合物 法、降壓開采水合物法W及C〇2置換開采水合物法，同時通過計算水合物分解速率，分析各 個區(qū)域水合物分解情況，進(jìn)而評價優(yōu)化鉆采方法；輔助單元為反應(yīng)單元提供氣源、液源，并 模擬不同的鉆采水合物方法；測定單元用來測量不同鉆采方法下水合物的分解速率。
[0009] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：可W模擬不同的鉆采水合物法的效果， 并優(yōu)選相應(yīng)的參數(shù)，具體包括：
[0010] 1、可W模擬降壓法開采水合物，計算開采速率，分析各個區(qū)域水合物分解情況，并 通過改變相應(yīng)參數(shù)來優(yōu)化降壓法；
[0011] 2、可W模擬注熱法開采水合物，計算開采速率，分析各個區(qū)域水合物分解情況，并 通過改變相應(yīng)參數(shù)來優(yōu)化注熱法；
[0012] 3、可W模擬二氧化碳置換甲燒法開采水合物，計算開采速率，分析各個區(qū)域水合 物分解情況，并通過改變相應(yīng)參數(shù)來優(yōu)化置換法；
[0013] 4、可W模擬水合物儲層鉆采過程中水合物層的分解區(qū)域，并通過改變相應(yīng)參數(shù)來 控制鉆進(jìn)中的水合物儲層分解。
【附圖說明】
[0014] 圖1是監(jiān)測不同鉆采方法下水合物分解區(qū)域的裝置示意圖；
[0015] 圖2是反應(yīng)蓋102內(nèi)每一層上電阻抗傳感器的分布示意圖；
[0016] 圖中：101、恒溫箱，102、反應(yīng)蓋，103、進(jìn)氣孔，104、排氣孔，105、進(jìn)液孔，106、支架， 107、鉆桿，108、泥漿累，109、流量計，110、單向閥，111、電阻抗傳感器，112、返回管線，201、 真空累，202、真空表，203、高壓甲燒氣瓶，204、高壓二氧化碳?xì)馄浚?05、氣體增壓累，206、注 液裝置，207、恒壓恒速累，208、加熱裝置，301、調(diào)壓閥，302、氣液分離器裝置，303、密閉排 液容器，304、稱重裝置，305、保溫儲氣瓶，306、Ξ通閥，401、第一儲液容器，402、第二儲液容 器，403、第Ξ儲液容器，404、第四儲液容器，501、第一控制閥，502、第二控制閥，503、第Ξ控 制閥，504、第四控制閥，601、第一壓力傳感器，602、第二壓力傳感器，603、第Ξ壓力傳感器， 604、第四壓力傳感器，605、第五壓力傳感器，701、第一溫度傳感器，702、第二溫度傳感器， 801、第一針閥，802、第二針閥。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1所示，監(jiān)測不同鉆采方法下水合物分解區(qū)域的裝置，包括：反應(yīng)單元、輔助 單元和測定單元；反應(yīng)單元模擬水合物儲層環(huán)境，為水合物的生成與分解提供場所，模擬注 熱開采水合物法、降壓開采水合物法W及C〇2置換開采水合物法，同時通過計算水合物分解 速率，分析各個區(qū)域水合物分解情況，進(jìn)而評價優(yōu)化鉆采方法；輔助單元為反應(yīng)單元提供氣 源、液源，并模擬不同的鉆采水合物方法；測定單元用來測量不同鉆采方法下水合物的分解 速率。
[0018] 反應(yīng)單元，包括：恒溫箱101、反應(yīng)蓋102、鉆桿107、第一儲液容器401 ;反應(yīng)蓋102 設(shè)置在恒溫箱101內(nèi)，恒溫箱101頂部設(shè)置支架106,支架106夾持鉆桿107 ;反應(yīng)蓋102內(nèi) 設(shè)有所需的沙石，W模擬實(shí)際的水合物儲層；恒溫箱101溫度可控，W模擬不同溫度的儲層 環(huán)境；鉆桿107為泥漿鉆井液的循環(huán)提供通道。
[0019] 反應(yīng)蓋102頂端設(shè)有進(jìn)氣孔103、進(jìn)液孔105、排氣孔104,排氣孔104居中；進(jìn)氣 孔103和進(jìn)液孔105位于排氣孔104兩側(cè)；鉆桿107由排氣孔104下入反應(yīng)蓋102內(nèi)。
[0020] 第一儲液容器401通過輸送管線與鉆桿107頂端相連，輸送管線上自第一儲液容 器401至鉆桿107方向依次設(shè)有泥漿累108、流量計109和單向閥110,排氣孔104通過返 回管線112與第一儲液容器401相連；第一儲液容器401盛裝泥漿鉆井液，泥漿鉆井液通過 泥漿累108的抽取，經(jīng)過流量計109計量實(shí)際流量，進(jìn)入到鉆桿107中，單向閥110控制泥 漿鉆井液的流向，泥漿鉆井液通過返回管線112循環(huán)回到第一儲液容器401。
[0021] 反應(yīng)蓋102設(shè)有電阻抗傳感器111、第一壓力傳感器601、第一溫度傳感器701，電 阻抗傳感器111、第一壓力傳感器601、第一溫度傳感器701均與計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連； 如圖2所示，電阻抗傳感器111在反應(yīng)蓋102內(nèi)縱向均分Ξ層，每層均置17個；每層的圓 屯、處設(shè)置一個電阻抗傳感器，W圓屯、處電阻抗傳感器為起點(diǎn)，延伸出八個徑向，相鄰徑向間 呈45°角，每個徑向上除圓屯、處電阻抗傳感器外等距離設(shè)置兩個電阻抗傳感器，即除圓屯、 處電阻抗傳感器外，其余電阻抗傳感器位于兩個同屯、圓上，W監(jiān)測各個區(qū)域水合物的生成 與分解；電阻抗傳感器111測量反應(yīng)蓋102內(nèi)實(shí)時電阻抗，第一壓力傳感器601測量反應(yīng)蓋 102內(nèi)實(shí)時壓力，第一溫度傳感器701測量反應(yīng)蓋102內(nèi)實(shí)時溫度。
[0022] 輔助單元，包括：真空累201、真空表202、高壓甲燒氣瓶203、高壓二氧化碳?xì)馄?204、氣體增壓累205、注液裝置206、第二儲液容器402、加熱裝置208 ;真空累201通過管線 與進(jìn)氣孔103相連，管線上自真空累201至進(jìn)氣孔103方向依次安有第一控制閥501和真 空表202 ;在監(jiān)測操作前真空累201將反應(yīng)蓋102內(nèi)抽真空，第一控制閥501控制氣體的流 動，真空表202測量反應(yīng)蓋102內(nèi)抽真空的情況；氣體增壓累205通過輸送管線與進(jìn)氣孔 103相連，輸送管線上自氣體增壓累205至進(jìn)氣孔103方向依次安有第Ξ控制閥503、第Ξ 壓力傳感器603 ;氣體增壓累205將氣體增壓至預(yù)設(shè)值然后輸入反應(yīng)蓋102中，利用第Ξ控 制閥503控制氣體的流動情況，第Ξ壓力傳感器603測量氣體的實(shí)際壓力。
[0023] 高壓甲燒氣瓶203上裝有第一針閥801，第一針閥801通過輸送管線與氣體增壓 累205相連；高壓甲燒氣瓶203中存有高壓甲燒氣體，為水合物生成分解單元提供氣源，通 過第一針閥801控制高壓甲燒氣瓶203中甲燒氣體的進(jìn)出。
[0024] 高壓二氧化碳?xì)馄?04上裝有第二針閥802,第二針閥802通過輸送管線與氣體增 壓累205相連；高壓二氧化碳?xì)馄?04中存有高壓二氧化碳?xì)怏w，為模擬置換法鉆采天然氣 水合物提供氣源，通過第二針閥802控制高壓二氧化碳?xì)馄?04中二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)出。 [00巧]注液裝置206通過輸送管線與反應(yīng)