[发明专利]一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置及方法

说明书

一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置及方法，属于利用储层改造技术开发海洋水合物研究领域，装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，可视试验仓系统分别与注入系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统连接，方法包括前期准备、充填与合成天然气水合物、模拟不同靶距、射流速度、喷嘴直径条件下的破碎情况的射流破碎等过程，本发明结构简单，试验运行过程安全、可靠，可以模拟海底天然气水合物储层的真实围压、轴压条件及淹没环境，提高了试验结果的准确性；该试验装置能够观测包括岩石、陆域天然气水合物等在内的试验样品在射流条件下的破碎情况。

技术领域

本发明属于利用储层改造技术开发海洋水合物研究领域，尤其是涉及一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置及方法。

背景技术

天然气水合物储量巨大，是国际公认的极具商业开发前景的新型清洁能源。地球上天然气水合物中总有机碳的储量约为石油、天然气和煤炭三者总和的两倍。由于特殊的高压低温形成条件，以及多赋存于低固结的黏土质粉砂和黏土沉积物中，颗粒粒径较小，储层渗透率较差，固结强度较低，因此，海底天然气水合物的钻采是非常规天然气开发的世界性难题。

在海域天然气水合物开采方面，陆续提出的热力开采、降压开采、注入化学剂法等。而采用水射流切割、破碎海底天然气水合物储层是开采海底天然气水合物的新方法，海底天然气水合物储层经过水射流法改造后，增加了海底天然气水合物储层的稳定性和渗透率，提高天然气水合物开采效率，即通过调节水射流的射流参数，对淹没环境下对天然气水合物储层进行切割、破碎，形成的天然气水合物钻屑或颗粒被水力运移到孔底上返通道口，水力输送到海面。

与已往采用水射流破碎的对象相比，天然气水合物具有相变、低温和低温变化的特点。从现有的研究成果来看，高压低温流体形成的射流在开采天然气水合物储层的同时，还具有抑制天然气水合物分解的效果。

在采用水射流开采天然气水合物储层时，射流参数选择不合理，将导致开采效率无法得到保证。因此在对海底天然气水合物储层采用水射流法开采前，对射流参数包括射流速度、喷嘴直径和靶距的准确掌握，显得至关重要。

发明内容

针对采用水射流开采天然气水合物储层，射流参数选择不合理，将导致开采效率无法得到保证的问题，本发明为了研究在采用水射流法开采海底天然气水合物储层时不同射流参数对水射流法开采海底天然气水合物储层的影响，以及实时观测含天然气水合物沉积物的破碎过程及规律，提出了一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种高压水射流破碎海底水合物沉积物的试验装置，其特征在于：该试验装置包括注入系统、可视试验仓系统、射流破碎系统、环压系统、回压系统及采集与计量系统，

其中注入系统用于向可视试验仓系统内注入合成天然气水合物所需的甲烷气体，并使甲烷气体增压至满足合成天然气水合物所需的压力条件，注入系统包括气瓶、调压阀、空压机、电磁阀、气体增压泵、缓冲容器、气体流量控制计、单向阀、真空容器和真空泵,调压阀的数量为三个，分别为调压阀Ⅰ、调压阀Ⅱ及调压阀Ⅲ，所述气瓶通过第一管路与气体增压泵连接，并在第一管路上安装有调压阀Ⅰ和阀门Ⅰ，且调压阀Ⅰ位于气瓶与阀门Ⅰ之间；所述空压机通过第二管路与气体增压泵连接，并在第二管路上安装有调压阀Ⅱ和电磁阀；所述气体增压泵通过管道与缓冲容器的进气口连接，并在该管道上设置有阀门Ⅱ；缓冲容器的出气口通过第三管路与可视试验仓系统的注入孔连接，在缓冲容器的出气口与可视试验仓系统之间的第三管路上依次设置有调压阀Ⅲ、气体流量控制计、单向阀、阀门Ⅲ、真空设备、压力传感器Ⅰ及安全阀，其中真空设备包括真空容器及真空泵，所述真空容器一端通过管道与真空泵密封连接，另一端通过管道密封连接到第三管路上，并在真空容器与第三管路的连接管道上设置有阀门Ⅳ；