[发明专利]天然气水合物三维多井联合开采实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及的是一种天然气水合物三维多井联合开采实验装置及其实验方法。

背景技术

天然气水合物是指天然气与水在一定温度和压力下生成的一种笼状晶体物质，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”。随着人们对水合物研究的不断深入，水合物的特性及对环境的影响越来越为人类认识，更重要的是其作为一种有效的替代能源的价值也益显突出。

天然气水合物可以以多种方式存在于自然界中，基于天然气水合物的特点，它与常规传统型能源的开发不同。表现在水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体。也就是说，水合物在开采过程中发生相变。目前大多数有关天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何将蕴藏在沉积物中的天然气水合物进行分解，然后再将天然气开采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源量的主要方法。现有的开采方法大体上可分为以下三种：

第一种、热力开采法，以方法主要是将蒸气、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，或采用火驱法、电极原位加热等诸多方法促使储层温度上升而达到水合物分解的目的。

第二种、降压开采法，以方法主要是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而促使天然气水合物分解，开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法。

第三种、化学剂开采法，以方法主要是利用某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等来改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，以达到分解的目的。

降压开采法与热力开采法、化学剂开采法相结合的开采，可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。而在实际开采中，一口井是远远不够的，其开采效率无法提高。

目前，研究出天然气水合物有效、快速、经济的开采方法，为大规模开采天然气水合物提供实验基础和依据，是缓解与日俱增的能源压力的有效途径。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种天然气水合物三维多井联合开采实验装置及其实验方法，提供了一种可以综合研究各种开采机理、开采动态、并对各种开采方法进行优化的天然气水合物三维多井联合开采实验装置及其实验方法，该实验装置通过实验实现对水合物多井开采的模拟，从而使三维模拟实验得到扩展，为使现实中利用多井联合开采的方式提高开采效率提供实验基础和依据。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其中，包括三维高压反应釜、进口控制单元、出口控制单元、数据处理单元；

所述三维高压反应釜分别与进口控制单元、出口控制单元、数据处理单元连接；所述进口控制单元、出口控制单元内的感应元件均通过信号线和数据线与数据处理单元连接；

三维高压反应釜内为密封的模拟腔，模拟腔内填充有多孔介质，用于模拟海底环境，并在模拟腔中布置用于模拟开采的井网；

进口控制单元用于向三维高压反应釜内输入水、天然气，并控制输入的天然气的压力；

出口控制单元用于控制模拟开采之后的天然气、水的输出压力；

数据处理单元用于采集和处理各感应元件的感应信号；

其中，所述三维高压反应釜上设有若干伸入模拟腔内部的井，包括一个中心垂直井和若干垂直旁侧井；将模拟腔沿垂直方向分为n个水平层面，各垂直井管分别伸入至模拟腔内的不同深度的水平层面上。

所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其中，所述三维高压反应釜中布置用以监控开采过程变化的压力传感器和温度传感器；所述高压反应釜置于恒温室中，用以保持恒定的温度；

所述进口控制单元内包括依次连接的溶液罐、注液泵、加热罐，及依次连接的气源装置、气体流量计；溶液依次经由溶液罐、注液泵、和加热罐注入三维高压反应釜；气体经由气源装置和气体流量计注入三维高压反应釜；

所述出口控制单元包括电子天平、及依次连接的回压阀、气液分离器、气体流量计，所述电子天平连接至气液分离器；天然气和水经由回压阀流出，通过气液分离器，分为分解气和分解水，分解气由气体流量计计量，分解水由电子天平计量。

所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其中，所述三维高压反应釜包括釜体和釜体盖板，釜体盖板与釜体之间固定密封；釜体与釜体盖板之间的密封腔构成所述模拟腔，釜体的内壁为平面壁面，构成不渗透直线边界，釜体的四周的内壁上设置有绝热层。