[发明专利]一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法

权利要求书

1.一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其包括天然气水合物储层模拟单元、天然气水合物生成单元、地层压力模拟单元、天然气水合物开采单元、数据采集单元和中央处理单元，其特征在于，

天然气水合物储层模拟单元包括机架（15），机架（15）包括底座、顶板以及连接在底座和顶板之间的支撑件，机架（15）的底座中部设置有反应釜，反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，反应釜本体内由下向上依次设置有模拟水合物层（31）、第一活塞和活塞杆（17），活塞杆（17）下端连接在第一活塞上部，活塞杆（17）上端穿出反应釜的顶盖，反应釜本体四周设置有温控单元；

天然气水合物生成单元包括第一管路、第二管路和第三管路，第一管路包括依次连接的真空泵（4）和缓冲容器（5），缓冲容器（5）远离真空泵（4）的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与反应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；第二管路包括依次连接的高压气瓶（6）、调压阀（7）和单向阀（8），单向阀（8）远离调压阀（7）的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；第三管路包括平流泵（25），平流泵（25）一端连接储液罐（24），另一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；高压气瓶（6）中装设甲烷气体；

地层压力模拟单元包括轴压液压缸（16），轴压液压缸（16）内设置有第二活塞，第二活塞将轴压液压缸（16）内部分为上腔室和下腔室，上腔室和下腔室分别通过管线连接至液控系统，用于实现轴压调节，其中，天然气水合物储层模拟单元的活塞杆（17）顶端穿入轴压液压缸（16）内并连接在第二活塞的底部；

天然气水合物开采单元包括依次连接的气液分离器（2）、出口背压阀（9）和出口阀（10），出口阀（10）远离出口背压阀（9）的一侧连接至反应釜的顶盖并与反应釜内位于第一活塞上部的腔室连通；

数据采集单元包括压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元，并且，所述压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元均连接至中央处理单元。

2.如权利要求1所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，所述模拟水合物层（31）采用石英砂来进行模拟，第一活塞表面在轴向的中下部具有环形槽（33），环形槽（33）将所述第一活塞分为底部活塞部分、过渡活塞部分和上部活塞部分，其中，底部活塞部分设置有沿轴向方向的第一孔（32），且第一孔（32）沿第一活塞的环向均布，各第一孔（32）的顶端均位于环形槽（33）内；上部活塞部分设置有沿轴向方向的第二孔（34），第二孔（34）也沿第一活塞的环向均布，各第二孔（34）的底端均位于环形槽（33）内，并且其中，第一孔（32）与第二孔（34）错位设置。

3.如权利要求2所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，第二孔（34）的直径小于第一孔（32）的直径。

4.如权利要求2所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，所述位移测量单元包括激光测距传感器（30），所述声信号发射接收单元包括上部声发射接收传感器（27），所述上部声发射接收传感器（27）嵌设在第一活塞的靠近底部位置，第一活塞的上方中部设置有槽结构，槽结构从上至下分为两段，下段用于设置微控制处理单元（29），上段位于微控制处理单元（29）的上方，其内侧壁上设置有连接螺纹，用于连接活塞杆（17）；在槽结构的外侧设置沿环向分布的若干所述激光测距传感器（30），激光测距传感器（30）与微控制处理单元（29）连接，激光测距传感器（30）的顶面与第一活塞的顶面平齐；

所述激光测距传感器（30）、上部声发射接收传感器（27）通过所述微控制处理单元（29）连接至中央处理单元。

5.如权利要求4所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，在激光测距传感器（30）的上表面上设置有一层透明材料保护层。