CN101392638B - 一种天然气水合物固态开采实验模拟装置 - Google Patents

一种天然气水合物固态开采实验模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然气水合物固态开采实验模拟装置，其特征在于：它包括一竖立的提升管，提升管下端入口连接一进料仓并伸入仓内，提升管上端出口切向连接一圆柱形分离器的上部；分离器底部设置有一涡轮流量计和一固态颗粒测重装置，涡轮流量计连接一液位保持水箱，固态颗粒测重装置连接一颗粒回收管道的上端入口，颗粒回收管道的下端出口连接进料仓；液位保持水箱的底部通过一管道连接进料仓的底部；提升管竖直段上设置有若干个注气管路，注气管路上设置有若干个与提升管相通的注气口，注气口通过注气管路并联连接一输气管路，输气管路通过转子流量计和气压调节器连接一空压机。本发明具有结构简单、操作方便以及模拟准确等优点，可以应用于海洋渗漏型天然水合物固态开采技术的实验室模拟。

Description

一种天然气水合物固态开采实验模拟装置
技术领域
本发明涉及一种天然气开采装置，特别是有关于一种天然气水合物固态开采实验模拟装置。
背景技术
天然气水合物已经被广泛的发现存在于永久冻土地带和海底，其含量估计在2000万亿m3左右，相当于全球已知矿物(石油、煤、天然气)含碳量的两倍。天然气水合物具有分布范围广、储藏规模大、能量密度高等特点，被认为是21世纪潜在的新能源之一。开发和利用天然气水合物资源已成为各国政府在能源领域的当务之急，特别是针对具有品质高、埋藏浅和分布集中的渗漏型天然气水合物开采方法的研究更是当前研究的主要方向。天然气水合物主要蕴藏在海洋中，是天然气在一定条件下与水相互作用形成的白色固态结晶物质。由于天然气水合物的自身特性，其开采方法与常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的开采不同。煤炭在矿井下是固体，开采后仍是固体。石油在地下是流体，开采后仍是流体。而水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体。也就是说，水合物在开采过程中发生相变。综合各国科学家提出的天然气水合物开发技术，大体上可分为两类：地下分解开采和固态开采。
地下分解开采是参考石油开采的工艺过程，首先在地层中形成井筒，然后考虑如何人为地打破天然气水合物稳定存在的温度和压力条件，将蕴藏在沉积物中的水合物进行分解，最后再将天然气采至地面。地下分解开采主要包括加热法、降压法和化学剂法三种方法：1)加热法是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，促使温度上升达到水合物的分解温度。2)降压法是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的。3)化学剂法是将盐水、甲醇、乙醇等化学剂从井孔泵入地层后，可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起天然气水合物的分解。对于地下分解开采，由于大陆斜坡的不稳定、铺设的管道非常长以及管道中易于形成水合物堵塞等原因，会产生一定的技术和经济问题。同时，以上各种开采技术都有其本身的局限性，如加热法热损失大、效率低，降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵，对环境污染严重等。以上这些因素，都有可能使得人们难以利用这些方法来开采天然气水合物资源。
与地下分解开采不同，固态开采是将水合物以固体形态输送到海底面，在海底进行初步泥沙分离，然后采用固-液-气三相输送技术，将固态水合物及输送过程中分解出的气体输送到海面，然后利用海面的高温海水对水合物进行分解并获得气体，该方法的优点是开采效率很高。以一天2000T开采量计算，其包含的气体大约为32万立方米，相当于一个大型陆地气井，同时，在混输过程中，从下向上水合物逐步分解，由此形成自发向上的推动力，大幅减少输送用泵功。另外，在开采过程中无须向海底注入能量，也就避免了输送和开采过程中的能量损失。更重要的是，类似的技术已经在其他海洋资源(如金属锰结核)的开发中成功应用，由此为该技术在水合物开采领域的应用提供了参考。目前为止，国内外还没有一种可以用来模拟固态开采的实验系统，由此为该方法的实际开发带来困难。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种海洋渗漏型天然气水合物固态开采实验模拟装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种天然气水合物固态开采实验模拟装置，其特征在于：它包括一竖立的提升管，所述提升管下端入口连接一进料仓并伸入仓内，所述提升管上端出口切向连接一圆柱形分离器的上部；与所述提升管上端出口位置对应的所述分离器上设置有一空气排出口，所述分离器底部设置有一涡轮流量计和一固态颗粒测重装置，所述涡轮流量计连接一液位保持水箱，所述固态颗粒测重装置下端连接一颗粒回收管道的上端入口，所述颗粒回收管道的下端出口连接所述进料仓；所述液位保持水箱的下部设置有一进水口，所述液位保持水箱的底部通过一管道连接所述进料仓的底部，所述进料仓上设置有一压力表；所述提升管竖直段上设置有两个以上注气管路，所述注气管路设置在所述提升管的不同高度上；所述注气管路上设置有三个以上与所述提升管相通的注气口，所述注气口通过所述注气管路并联连接一输气管路，所述输气管路连接一转子流量计，所述转子流量计通过一气压调节器连接一空压机。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置有一液位保持水箱，不仅可以使系统静水压力平稳，而且可以通过液位保持水箱内液位调节改变提升管的浸水率对气力提升性能的影响。2、本发明的提升管注气部分采用在不同高度上设置若干注气管路分段注入的方法，不仅可以准确的模拟水合物分解过程中管内气体逐渐增加的过程，而且可以通过改变不同的注气位置用于模拟注气深度对气力提升性能的影响。3、本发明提升管的注气点采用多孔(三个或三个以上)注气，以保持气流分布均匀性。本发明具有结构简单、操作方便以及模拟准确等优点，可以应用于海洋天然水合物固态开采技术的实验室模拟。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是图1中A-A局部剖面示意图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明包括一竖立的提升管1、提升管1下端入口连接一进料仓2并伸入仓内，提升管1上端出口切向连接一圆柱形分离器3的上部，在与提升管1上端出口位置对应的分离器3上还设置有一空气排出口4，分离器3底部设置有一涡轮流量计5和一固态颗粒测重装置6，涡轮流量计5连接一液位保持水箱7，固态颗粒测重装置6下端连接一颗粒回收管道8的上端入口，颗粒回收管道8的下端出口连接进料仓2。液位保持水箱7的下部设置有一进水口9，其底部通过管道10连接进料仓2的底部，进料仓2上还设置有一压力表11，用来测量进料仓2内的气压。
如图1、图2所示，在提升管1不同高度的竖直段上设置有四个注气管路12，注气管路12上设置有四个与提升管1相通的注气口13，各注气口13通过注气管路12并联连接一输气管路14，输气管路14连接一转子流量计15，转子流量计15通过一气压调节器16连接一空压机17。
本发明在进行固态开采模拟实验前，进料仓2预先装有大量固态颗粒18，用于模拟海底的固态水合物。固态颗粒18为均匀球状颗粒，其密度和粒径可根据试验要求选用。进行提升实验时，首先将液位保持水箱7注满水，液位保持水箱7不仅可以保证本发明的静水压力平稳，同时可以通过液位保持水箱7内液位调节改变提升管1的浸水率对气力提升性能的影响。然后启动空压机17，空压机17产生的高压气体通过气压调节器16调节气流强弱，并通过转子流量计15测量与控制气压流量，再依次通过输气管路14和注气管路12上与提升管1相通的注气口13注入到提升管1内，使提升管1内充满高压空气。随着提升管1内气体含量增大，使提升管1内的混合液密度小于水的密度。这时在提升管1与进料仓2内外压差的作用下，位于进料仓2内的模拟海底的固态水合物的固态颗粒18在压差的作用下上升，并与高压气体和水形成混合液后进入分离器3。由于提升管1上端出口是切向连接分离器3，因此混合液在进入分离器3后形成旋转运动，从而利用离心力和重力将混合液中的气体分离出来，分离出的气体从分离器3的空气排出口4排出，分离出的液体经涡轮流量计5测定提升液相流量后排放到液位保持水箱7，分离出的固态颗粒18到固态颗粒测重装置6进行固相体积浓度测量，待试验完成后通过颗粒回收管道8返回到进料仓2。
上述实施例中，提升管1注气部分采用分段注入的方法，注气管路12在不同高度上设置的数量可以是两个以上，可以准确的模拟水合物分解过程中管内气体逐渐增加的过程，同时可通过改变不同的注气位置用于模拟注气深度对气力提升性能的影响。
上述实施例中，每个注气管路12注入到提升管1的注气口13可以为三个以上，以保持气流分布均匀性。
通过采用本发明进行实验，不仅可以测定气相、液相和固相各相流量、颗粒粒径、注气深度以及浸水率，还可以通过液位保持水箱7内液位调节改变提升过程中固态水合物分解对气力提升性能的影响，因此可以有效模拟固态水合物开采过程中的流体动力学特性、水合物在流动中的分解特性以及固态开采技术的可行性研究等。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种天然气水合物固态开采实验模拟装置，其特征在于：它包括一竖立的提升管，所述提升管下端入口连接一进料仓并伸入仓内，所述提升管上端出口切向连接一圆柱形分离器的上部；与所述提升管上端出口位置对应的所述分离器上设置有一空气排出口，所述分离器底部设置有一涡轮流量计和一固态颗粒测重装置，所述涡轮流量计连接一液位保持水箱，所述固态颗粒测重装置下端连接一颗粒回收管道的上端入口，所述颗粒回收管道的下端出口连接所述进料仓；所述液位保持水箱的下部设置有一进水口，所述液位保持水箱的底部通过一管道连接所述进料仓的底部，所述进料仓上设置有一压力表；所述提升管竖直段上设置有两个以上注气管路，所述注气管路设置在所述提升管的不同高度上；所述注气管路上设置有三个以上与所述提升管相通的注气口，所述注气口通过所述注气管路并联连接一输气管路，所述输气管路连接一转子流量计，所述转子流量计通过一气压调节器连接一空压机。
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