[发明专利]一种CO2

说明书

一种CO₂与抑制剂交替注入开采甲烷并封存CO₂的模拟装置及方法，其属于水合物合成的技术领域。该装置包括它包括反应釜、甲烷注气系统、二氧化碳/抑制剂注入系统、氮气注气系统、检测系统和数据采集系统。该装置可以通过抑制剂注入法加速水合物分解，提高甲烷水合物藏的开采效率；此外，通过CO₂/抑制剂循环注入，实现CO₂在水合物藏内的封存，减弱温室效应；改变实验过程中的气液混注频率比，实验工况，并通过定量化测量评估此过程中甲烷水合物的开采效率以及CO₂封存量，为实际工程应用提供可靠的数据支持。实验装置真实的模拟了水合物藏的地层特性，有效的减弱了实验条件对实验结果准确性的影响，对水合物的开采与CO₂海底封存具有重大意义。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其一种CO₂与抑制剂交替注入开采甲烷并封存CO₂的模拟装置及方法。

背景技术

随着全球油气资源消耗的日益加大，安全高效清洁的新能源成为人类追求的目标。天然气水合物是一种冰状结晶化合物，其作为一种公认的优质清洁的潜在未来能源，已成为能源工业发展的一大热点，正受到各国科学家的重视。天然气水合物具有储量丰富、能量密度大、分布广泛、储存运输方便以及经济安全等特点，因而在工业实践中具有光明的应用前景。地球上天然气水合物分布十分广泛，大约27%的陆地以及90%的海域都含有气体水合物，全球天然气水合物的储量约为现有地球化石燃料总碳量的2倍。所以，对天然气水合物的科学研究，勘探开采具有十分重要的学术价值和现实意义。

天然气水合物开采的方法主要有热激法、降压法、CO₂置换法以及抑制剂法。降压开采法经济性高，但对于水合物开采层地质结构具有严格的要求。这种方法会产生大量的水分和沙石，导致天然气水合物的砂岩变得不稳定，使降压法成功开采变得困难；热激法主要为盐水喷射、蒸汽喷射及原位燃烧，但是该方法加热流体消耗过高能量并且热损失较大，且回收的天然气约50%的能量使用在开采过程非常不经济；CO₂置换法利用CO₂更易生成水合物的特性，向天然气水合物藏中注入CO₂，使天然气水合物分解并形成CO₂水合物，该方法既可以开采出天然气还可以封存温室气体CO₂，具有很高的环境效益，然而置换反应进行缓慢，置换率不高，目前气体置换法仍处于研究阶段；抑制剂法具有工艺简单，配置方便等优点，利用化学试剂抑制天然气水合物生成，促进天然气分解。利用添加剂可实现在相对温和的温压条件下将固态天然气水合物转化为气态CH₄，从而获得良好的气体采收效果。

化石能源的大量开采与利用推进了人类的工业化进程，然而也使地球面临愈发严峻的气候变化和环境问题。数据表明，自第一次工业革命以来，大气中CO₂浓度已由280ml/m³（1800年）大幅上升至410ml/ m³（2020年）。由此也带来了愈发严重的温室效应、引发海平面上升、海洋酸化、物种灭绝和极端天气，对人类的生存造成了显著的威胁。降低碳排放是当前应对全球变暖的主要措施，也是各国实现可持续发展的重要保证。目前，节能减排已成为国内外新颖的研究热点。伴随着甲烷水合物分解后残余水具有加速水合物二次生成的记忆效应，可以用来加速CO₂水合物的生成，实现CO₂海底封存。因此，评估此过程中明确甲烷水合物的开采效率以及CO₂的捕集效率成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CO₂与抑制剂交替注入开采甲烷并封存CO₂的装置及实验方法，该装置操作简单，可以用于在实验室条件下测量抑制剂并CO₂混注条件下天然气水合物的开采效率以及CO₂的封存效率。