一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置及工作方法。主要包括天然氣水合物生成系統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)和控制計(jì)量系統(tǒng)。其中天然氣水合物生成系統(tǒng)用于在實(shí)驗(yàn)室中生成天然氣水合物；電加熱系統(tǒng)用于將電能轉(zhuǎn)化為熱能，提供加熱開采天然氣水合物的能量；氣液分離系統(tǒng)用于將產(chǎn)出的氣體和液體進(jìn)行有效的分離；計(jì)量控制系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制系統(tǒng)的溫度、壓力和氣體質(zhì)量流量。利用本發(fā)明的裝置及方法可以模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的過程，并對開采效果進(jìn)行評價(jià)。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，為模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物提供了有效的工具和方法。
【專利說明】
一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置及工作 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種天然氣水合物開發(fā)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，特別是電加熱輔助降 壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物是由水和甲烷等小分子氣體組成的可燃固體。在常規(guī)能源日益緊缺 的今天，天然氣水合物作為一種相對清潔而且儲量巨大的新型能源而備受關(guān)注，但天然氣 水合物的開發(fā)難度大，經(jīng)濟(jì)成本高，且易造成溫室效應(yīng)。
[0003] 常用的天然氣水合物開發(fā)方式有降壓開采法、C02置換法、注熱法。但降壓法開發(fā) 效率低，速度緩慢，適用范圍窄；C0 2置換法工藝復(fù)雜，同時(shí)需要穩(wěn)定的二氧化碳?xì)庠矗鋺?yīng) 用較為局限；注熱法需要向天然氣水合物層直接注入熱水或蒸汽，經(jīng)濟(jì)花費(fèi)大且容易造成 儲層傷害。利用電加熱開采天然氣水合物，可將電能轉(zhuǎn)化為開發(fā)天然氣水合物藏的熱能，其 設(shè)備簡單，能量利用率高，受到越來越多的關(guān)注，但目前尚沒有一種模擬電加熱輔助降壓開 采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置及工作方法，嚴(yán)重制約了天然氣水合物藏開發(fā)的研究進(jìn)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn) 裝置。
[0005] 本發(fā)明還提供一種利用上述裝置模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的工作 方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括天然氣水合 物生成系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)和控制計(jì)量系統(tǒng)。所述天然氣水合物生成系統(tǒng)由天 然氣罐1，減壓閥2、十二烷基硫酸鈉溶液槽16、平流栗15和壓力反應(yīng)釜12組成。壓力反應(yīng)釜 12通過二通閥19、壓力表4、氣體質(zhì)量流量計(jì)3和減壓閥2與天然氣瓶1相連，十二烷基硫酸鈉 溶液槽16中的溶液可以通過平流栗15和二通閥25流入壓力反應(yīng)釜12,并可以通過壓力反應(yīng) 釜12上部二通閥26流入燒杯30;電加熱系統(tǒng)由模擬井筒13、電纜14、電纜28、橡膠塞17、橡膠 塞18和電源5組成，模擬井筒13置于壓力反應(yīng)釜12中，電纜14和電纜28分別與電源5相連，提 供天然氣水合物開發(fā)的能量;氣液分離系統(tǒng)由氣液分離器10、回壓閥24、手搖栗23組成，氣 液分離器10通過回壓閥24與模擬井筒13相連，對產(chǎn)出液進(jìn)行氣液分離，分離出的液體流入 量筒9,分離出的氣體流入集氣瓶27;控制計(jì)量系統(tǒng)包括壓力表4、用于控制壓力反應(yīng)釜12溫 度的循環(huán)冷水浴29和與計(jì)算機(jī)6相連的氣體質(zhì)量流量計(jì)3、氣體質(zhì)量流量計(jì)22組成，氣體質(zhì) 量流量計(jì)3通過減壓閥2與天然氣瓶1相連，用于測量流入壓力反應(yīng)爸12的天然氣的質(zhì)量流 量;氣體質(zhì)量流量計(jì)22通過二通閥20與氣液分離器10相連，用于測量產(chǎn)出天然氣的質(zhì)量流 量。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述模擬井筒13上部和下部為不銹鋼，中間部分為玻璃鋼11， 可以防止電纜14和電纜18直接通過井筒形成回路。
[0009] -種利用上述裝置模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的工作方法，包括步驟 如下：
[0010] (1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:氣體質(zhì)量流量計(jì)3、氣體質(zhì)量流量計(jì)22和壓力表4進(jìn)行調(diào)零并檢查裝 置的氣密性。
[0011] (2)模擬天然氣水合物生成的天然沉積環(huán)境:將粒度為0.09~0.26mm的石英砂緊 密地填在壓力反應(yīng)釜12中；
[0012] (3)打開二通閥25和二通閥26,平流栗15以0.1~lmL/min的速度向壓力反應(yīng)釜12 中注入十二烷基硫酸鈉溶液，二通閥26所在的管線有溶液流出后繼續(xù)注入30~60min; [0013] (4)關(guān)閉平流栗15、二通閥25和二通閥26，打開二通閥19和減壓閥2，控制注入天然 氣壓力為3~5MPa，利用天然氣瓶1向壓力反應(yīng)釜12中注入純度為99.99%的天然氣;待壓力 表4示數(shù)穩(wěn)定后，利用平流栗7將冷卻水槽31中的冷卻水注入循環(huán)冷水浴29,流出至回收槽 8,同時(shí)調(diào)節(jié)減壓閥2使壓力反應(yīng)釜12內(nèi)壓力恒定；當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)3示數(shù)小于O.OOOlg/ min時(shí)，通過氣體質(zhì)量流量計(jì)3和計(jì)算機(jī)6讀取注入壓力反應(yīng)爸12的天然氣質(zhì)量m，天然氣水 合物生成階段結(jié)束，關(guān)閉二通閥19和減壓閥2;
[0014] (5)開啟回壓閥24,控制手搖栗23,調(diào)節(jié)回壓閥24壓力為1.5~2.5MPa，模擬天然氣 水合物的降壓開采；
[0015] (6)當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)22所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于0.0001g/min時(shí)，打開電源5， 開始模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物；
[0016] (7)當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)22所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于0.0001g/min時(shí)，天然氣水合 物開采結(jié)束，讀取產(chǎn)出氣體總質(zhì)量ml;
[0017] (8)計(jì)算天然氣水合物的采收率： 「00181 ^-― xlOO% m 〇
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以模擬天然氣水合物沉積條件下的生成、天然氣水合物降壓開 采和電加熱輔助降壓開采的過程。其裝置簡單，操作方便，通過計(jì)量注入和產(chǎn)出的天然氣質(zhì) 量，可以計(jì)算天然氣水合物藏的采收率，進(jìn)而對電加熱開采天然氣水合物的效果進(jìn)行評價(jià)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明所述的一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0021] 圖2為井筒放大圖。
[0022] 其中，1、天然氣罐;2、減壓閥；3氣體質(zhì)量流量計(jì);4、壓力表;5、電源;6、計(jì)算機(jī);7、 平流栗;8、回收槽;9、量筒；10、氣液分離器；11、玻璃鋼；12、壓力反應(yīng)釜；13、模擬井筒；14、 電纜；15、平流栗；16、十二烷基硫酸鈉溶液槽；17、橡膠塞；18、橡膠塞；19、二通閥；20、二通 閥；21、二通閥；22、氣體質(zhì)量流量計(jì);23、手搖栗；24、回壓閥；25、二通閥；26、二通閥；27、集 氣瓶;28、電纜;29、循環(huán)冷水浴;30、燒杯;31、冷卻水槽。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但是不限于此。
[0024] 實(shí)施例一
[0025] 如圖1所示
[0026] -種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括天然氣水合 物生成系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)和控制計(jì)量系統(tǒng)。所述天然氣水合物生成系統(tǒng)由天 然氣罐1，減壓閥2、十二烷基硫酸鈉溶液槽16、平流栗15和壓力反應(yīng)釜12組成。壓力反應(yīng)釜 12通過二通閥19、壓力表4、氣體質(zhì)量流量計(jì)3和減壓閥2與天然氣瓶1相連，十二烷基硫酸鈉 溶液槽16中的溶液可以通過平流栗15和二通閥25流入壓力反應(yīng)釜12,并可以通過壓力反應(yīng) 釜12上部二通閥26流入燒杯30;電加熱系統(tǒng)由模擬井筒13、電纜14、電纜28、橡膠塞17、橡膠 塞18和電源5組成，模擬井筒13置于壓力反應(yīng)釜12中，電纜14和電纜28分別與電源5相連，提 供天然氣水合物開發(fā)的能量;氣液分離系統(tǒng)由氣液分離器10、回壓閥24、手搖栗23組成，氣 液分離器10通過回壓閥24與模擬井筒13相連，對產(chǎn)出液進(jìn)行氣液分離，分離出的液體流入 量筒9,分離出的氣體流入集氣瓶27;控制計(jì)量系統(tǒng)包括壓力表4、用于控制壓力反應(yīng)釜12溫 度的循環(huán)冷水浴29和與計(jì)算機(jī)6相連的氣體質(zhì)量流量計(jì)3、氣體質(zhì)量流量計(jì)22組成，氣體質(zhì) 量流量計(jì)3通過減壓閥2與天然氣瓶1相連，用于測量流入壓力反應(yīng)爸12的天然氣的質(zhì)量流 量;氣體流量計(jì)22通過二通閥20與氣液分離器10相連，用于測量產(chǎn)出天然氣的質(zhì)量流量。
[0027] 所述模擬井筒13上部和下部都是作為電極的不銹鋼，中間部分為玻璃鋼11，可以 防止電纜14和電纜18直接通過井筒形成回路。
[0028] 實(shí)施例2、
[0029] -種利用上述裝置模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的工作方法，包括步驟 如下：
[0030] (1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:氣體質(zhì)量流量計(jì)3、氣體質(zhì)量流量計(jì)22和壓力表4進(jìn)行調(diào)零并檢查裝 置的氣密性。
[0031] (2)模擬天然氣水合物生成的天然沉積環(huán)境:將粒度為0.09~0.26mm的石英砂緊 密地填在壓力反應(yīng)釜12中；
[0032] (3)打開二通閥25和二通閥26,平流栗15以O(shè).lmL/min的速度向壓力反應(yīng)釜12中注 入十二烷基硫酸鈉溶液，二通閥26所在的管線有溶液流出后繼續(xù)注入30min;
[0033] (5)關(guān)閉平流栗15、二通閥25和二通閥26，打開二通閥19和減壓閥2，控制注入天然 氣壓力為3.5MPa，利用天然氣瓶1向壓力反應(yīng)釜12中注入純度為99.99%的天然氣;待壓力 表4示數(shù)穩(wěn)定后，利用平流栗7將冷卻水槽31中的冷卻水注入循環(huán)冷水浴29,流出至回收槽 8,同時(shí)調(diào)節(jié)減壓閥2使壓力反應(yīng)釜12內(nèi)壓力恒定；當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)3示數(shù)小于O.OOOlg/ min時(shí)，通過氣體質(zhì)量流量計(jì)3和計(jì)算機(jī)6讀取注入壓力反應(yīng)爸12的天然氣質(zhì)量m = 0.1783g， 天然氣水合物生成階段結(jié)束，關(guān)閉二通閥19和減壓閥2;
[0034] (6)開啟回壓閥24,控制手搖栗23,調(diào)節(jié)回壓閥24壓力為2MPa，模擬天然氣水合物 的降壓開采；
[0035 ] (7)當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)2 2所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于0.00 01 g/m i n時(shí)，打開電源5， 開始模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物；
[0036] (8)當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)22所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于O.OOOlg/min時(shí)，天然氣水合 物開采結(jié)束，讀取產(chǎn)出氣體總質(zhì)量nu = 0.0866;
[0037] (9)計(jì)算天然氣水合物的采收率：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括天然氣水合物 生成系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)和控制計(jì)量系統(tǒng)，所述天然氣水合物生成系統(tǒng)由天然 氣罐1，減壓閥2、十二烷基硫酸鋼溶液槽16、平流累15和壓力反應(yīng)蓋12組成，壓力反應(yīng)蓋12 通過二通閥19、壓力表4、氣體質(zhì)量流量計(jì)3和減壓閥2與天然氣瓶1相連，十二烷基硫酸鋼溶 液槽16中的溶液可W通過平流累15和二通閥25流入壓力反應(yīng)蓋12,并可W通過壓力反應(yīng)蓋 12上部二通閥26流入燒杯30;電加熱系統(tǒng)由模擬井筒13、電纜14、電纜28、橡膠塞17、橡膠塞 18和電源5組成，模擬井筒13置于壓力反應(yīng)蓋12中，電纜14和電纜28分別與電源5相連，提供 天然氣水合物開發(fā)的能量;氣液分離系統(tǒng)由氣液分離器10、回壓閥24、手搖累23組成，氣液 分離器10通過回壓閥24與模擬井筒13相連，對產(chǎn)出液進(jìn)行氣液分離，分離出的液體流入量 筒9，分離出的氣體流入集氣瓶27;控制計(jì)量系統(tǒng)包括壓力表4、用于控制壓力反應(yīng)蓋12溫度 的循環(huán)冷水浴29和與計(jì)算機(jī)6相連的氣體質(zhì)量流量計(jì)3、氣體質(zhì)量流量計(jì)22組成，氣體質(zhì)量 流量計(jì)3通過減壓閥2與天然氣瓶1相連，用于測量流入壓力反應(yīng)蓋12的天然氣的質(zhì)量流量； 氣體質(zhì)量流量計(jì)22通過二通閥20與氣液分離器10相連，用于測量產(chǎn)出天然氣的質(zhì)量流量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于，所述模擬井筒13上部和下部為不誘鋼，中間部分為玻璃鋼11，可W防止電纜14和電 纜18直接通過井筒形成回路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特 征在于，為模擬天然氣水合物的天然生成環(huán)境，在壓力反應(yīng)蓋12中充填0.09~0.26mm石英 砂；同時(shí)為加快天然氣水合物的生成速度，采用0.02%~0.04%的十二烷基硫酸鋼溶液代 替水。4. 一種利用如權(quán)利要求1所述的裝置模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物的工作方 法，其特征在于，包括步驟如下： (1) 模擬天然氣水合物生成的天然沉積環(huán)境:將粒度為0.09~0.26mm的石英砂緊密地 填在壓力反應(yīng)蓋12中； (2) 打開二通閥25和二通閥26,平流累15^0.1~ImL/min的速度向壓力反應(yīng)蓋12中注 入十二烷基硫酸鋼溶液，二通閥26所在的管線有溶液流出后繼續(xù)注入30~60min; (3) 關(guān)閉平流累15、二通閥25和二通閥26，打開二通閥19和減壓閥2，控制注入天然氣壓 力為3~5MPa，利用天然氣瓶1向壓力反應(yīng)蓋12中注入純度為99.99 %的天然氣;待壓力表4 示數(shù)穩(wěn)定后，利用平流累7將冷卻水槽31中的冷卻水注入循環(huán)冷水浴29,流出至回收槽8,同 時(shí)調(diào)節(jié)減壓閥2使壓力反應(yīng)蓋12內(nèi)壓力恒定；當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)3示數(shù)小于O.OOOlg/min時(shí)， 通過氣體質(zhì)量流量計(jì)3和計(jì)算機(jī)6讀取注入壓力反應(yīng)蓋12的天然氣質(zhì)量m，天然氣水合物生 成階段結(jié)束，關(guān)閉二通閥19和減壓閥2; (4) 開啟回壓閥24,控制手搖累23,調(diào)節(jié)回壓閥24壓力為1.5~2.5MPa，模擬天然氣水合 物的降壓開采； (5) 當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)22所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于0.000 Ig/min時(shí)，打開電源5，開始 模擬電加熱輔助降壓開采天然氣水合物； (6) 當(dāng)氣體質(zhì)量流量計(jì)22所示產(chǎn)出氣體質(zhì)量流量小于0.0 OOlg/min時(shí)，天然氣水合物開 采結(jié)束，讀取產(chǎn)出氣體總質(zhì)量mi; (7) 計(jì)算天然氣水合物的采收率：
【文檔編號】E21B43/24GK105840161SQ201610286794
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】侯健, 劉永革, 王元銀, 杜慶軍, 王玉斗, 于波, 陸努, 夏志增, 劉曉宇
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)