[实用新型]一种CO2/N2置换开采冻土区天然气水合物实验模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实验设备，尤其涉及一种CO₂/N₂置换开采冻土区天然气水合物实验模拟装置。

背景技术

天然气水合物是指天然气与水在特定温度和压力下生成的一种笼型晶体物质，似冰雪状，因其可以点燃，故俗称为“可燃冰”。研究初期，主要是为了抑制水合物的生成，但随着能源短缺加剧，天然气水合物逐步引起了国内外科学家的关注，并进行了相关的勘探、开采与实验研究。作为一种高密度能源，它分布广、储量大和埋藏浅，成为21世纪理想的替代能源。

天然气水合物主要分布在海洋、湖泊与冻土区，基于水合物的特点，它与常规能源的开发不同，当温压条件发生变化时，天然气水合物可能会发生相变，从固体变为气体，这对天然气水合物的勘探与开发带来了不小的难题。目前，天然气水合物的开采方法主要有降压法、热激发、化学试剂法以及这三种方法的综合应用，其基本思路是人为的打破天然气水合物存在的温压平衡条件，使天然气水合物发生分解，然后将天然气采至地面，但是这些方案会有可能导致海底滑坡或者沉降等问题；最近基于置换原理的二氧化碳置换开采天然气水合物的技术越来越引起人们的重视，通过二氧化碳将天然气水合物中的天然气置换出来，得到二氧化碳水合物与天然气，这样既可以实现天然气水合物的开采，又可以实现二氧化碳地下封存，减小温室效应。

由于天然气水合物进行现场实验研究较为复杂，目前有关天然气水合物开采的实验研究主要为室内实验模拟，且以模拟海洋多孔介质水合物居多，主要针对冻土区天然气水合物开采实验研究的专业模拟实验室目前较少，侧重进行二氧化碳置换实验模拟研究的实验室也较少。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种CO₂/N₂置换开采冻土区天然气水合物实验模拟装置，该实验模拟装置可以进行CO₂/N₂置换开采冻土区天然气水合物开采机理和开采动态研究，另外还可以进行注热和降压开采的实验研究，针对各种开采方法进行优化和评价。

本实用新型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入口相连，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。

水合物高压反应模型单元用于进行合成与开采天然气水合物并通过传感器进行实验过程的检测；供气单元用于向水合物高压反应模型单元供给天然气、二氧化碳和氮气与二氧化碳的混合气体，并可以控制输入气体的流量；供液单元用于向水合物高压反应模型单元供给工作液（水或者液态二氧化碳），并可以对水进行预热，用于热采水合物实验研究；围压控制单元用于控制胶套，使其紧密的贴在岩石表面；环境控制单元用于控制水合物高压反应模型单元的环境温度和压力，创造生成天然气水合物的温压条件；真空处理单元用于控制环境的真空度，排除空气的干扰；气体检测单元至于气液出口管路上，用于检测气体成分，分析二氧化碳置换水合物时的置换率；气液分离单元用于分离开采出的气体与液体，并分别进行计量，以便进行开采效果的评价；信息采集与处理单元用于处理测量的数据，得到相应的曲线，以对各数据进行综合评价；辅助单元的岩心处理装置用于对岩心进行裂隙处理和打孔处理，以便于模拟裂隙介质下的开采情况和进行探头的下放。

本实用新型的有益效果：

本实用新型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。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为模拟装置的水合物反应模型单元的剖面结构示意图。

图3为本实用新型水合物反应模型单元的探针分布示意图。

图4为本实用新型水合物反应模型单元的岩心处理单元示意图。

图5为本实用新型水合物反应模型单元的温度探头和压力探头安装位置示意图。