一种CO₂/N₂置换开采冻土区天然气水合物实验模拟装置

摘要

本发明公开了一种CO₂/N₂置换开采天然气水合物实验模拟方法及实验模拟装置，其模拟方法包括岩心处理与安装、管路连接与试压、抽真空处理、向反应模型中注入蒸馏水和CH₄、合成天然气水合物步骤，合成结束后，注入CO₂气体，驱替CH₄；向反应模型中注入CO₂/N₂，进行置换开采；置换结束后，收集气体，进行计量分析；实验模拟装置包括水合物反应模型单元、供气单元、供液单元、围压控制单元、环境控制单元、真空处理单元、气体检测单元、气液分离单元、信息采集与处理单元和辅助单元，通过本发明可以真实地模拟天然气水合物外部环境，进行CO₂/N₂置换开采天然气水合物实验，另外还可进行注热法和降压法开采实验，为天然气水合物的开采提供指导。

主权项

一种CO₂/N₂置换开采冻土区天然气水合物实验模拟装置，是由水合物高压反应模型单元、供气单元、供液单元、围压控制单元、环境控制单元、真空处理单元、气体检测单元、气液分离单元、信息采集与处理单元和辅助单元组成；所述水合物高压反应模型单元包括反应釜体和釜体上的检测装置，所述反应釜体为夹持器结构，所述检测装置包括温度传感器、压力传感器和超声装置，所述水合物高压反应模型单元置于环境控制单元中的恒温箱中，其上设有气、液进出口和传感器探头接口，供气单元和供液单元出口与夹持器的所述气液进口相连，环境控制单元的回压控制装置与夹持器的气、液出口连通，并与气液分离单元相连，所述围压控制单元与夹持器的围压控制液出入口相连，所述真空处理单元接口与水合物高压反应模型单元的气体进出口相连，所述信息采集与处理单元对采集的信息进行处理，所述辅助单元包括岩心处理装置和安全阀，其特征在于：所述水合物高压反应模型单元(1)为夹持器结构，采用竖式放置，将其置于恒温空气浴箱(73)中，水合物高压反应模型单元(1)上设有气体进口(16)、下液体进口(17)、上液体进口(18)和气液出口(19)；供气单元(A)和供液单元(B)出口与水合物反应模型单元(1)的气体进口(16)、下液体进口(17)和上液体进口(18)相连；采用从下端注气方式，真实模拟冻土区水合物生成机制；通过截止阀的控制，实现从上端注液体或者下端注液体；温度探头(2)、压力探头(3)和超声波探头(4)对反应过程进行检测；辅助单元(K)中的岩心处理装置对水合物反应模型单元(1)内的岩心进行后处理；所述水合物高压反应模型单元(1)具有胶套(5)，所述胶套(5)用来裹住岩心，胶套(5)上下两端均与胶套塞(6)相连，以形成密封的模拟空间即反应腔(11)，进行水合物的合成与分解；胶套(5)外侧有夹持器外壳(12)，所述夹持器外壳(12)与胶套塞(6)和胶套(5)之间形成一个环压密封腔(13)，所述胶套塞(6)与夹持器外壳(12)之间采用胶圈密封，胶套塞(6)通过端盖(10)进行轴向定位，所述端盖(10)与夹持器外壳(12)之间采用螺纹连接方式，夹持器外壳(12)上留有围压液进口(14)和围压液出口(15)；岩心模型(Z)上下两端分别设有渗透泡沫钢(7)、挡板(8)和顶板(9)；所述气体进口(16)、下液体进口(17)、上液体进口(18)和气液出口(19)分别设置在上下顶板(9)上，并连通到环压密封腔(13)内；所述渗透泡沫钢(7)和挡板(8)通过顶板(9)进行轴向定位，所述顶板(9)与端盖(10)采用螺纹连接方式连接；所述的水合物高压反应模型单元(1)上设有温度探头(2)和压力探头(3)，另外在上下挡板(8)处还设置有超声波探头(4)；所述温度探头(2)下放至岩心模型(Z)的1/2半径处，并连接到第一温度传感器(20)；压力探头(3)设置在岩心模型(Z)表面，贴近胶套(5)，并连接到压力传感器(21)；超声波探头(4)置于挡板(8)处，贴近岩心模型(Z)，连接到超声波装置(22)；在水合物反应模型单元(1)的气体进口(16)、下液体进口(17)、上液体进口(18)和气液出口(19)分别设置有第一管道压力传感器(36)、第二管道压力传感器(60)、第三管道压力传感器(74)，实时监测压力，在下液体进口(17)还设有铠装温度传感器(59)，用于热激发开采水合物时注热温度监测。