CN105840161A - 一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法。主要包括天然气水合物生成系统，电加热系统、气液分离系统和控制计量系统。其中天然气水合物生成系统用于在实验室中生成天然气水合物；电加热系统用于将电能转化为热能，提供加热开采天然气水合物的能量；气液分离系统用于将产出的气体和液体进行有效的分离；计量控制系统用于实时监测和控制系统的温度、压力和气体质量流量。利用本发明的装置及方法可以模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的过程，并对开采效果进行评价。本装置结构简单，实用性强，为模拟电加热辅助降压开采天然气水合物提供了有效的工具和方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物开发领域的实验装置及方法，特别是电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法。
背景技术
天然气水合物是由水和甲烷等小分子气体组成的可燃固体。在常规能源日益紧缺的今天，天然气水合物作为一种相对清洁而且储量巨大的新型能源而备受关注，但天然气水合物的开发难度大，经济成本高，且易造成温室效应。
常用的天然气水合物开发方式有降压开采法、CO2置换法、注热法。但降压法开发效率低，速度缓慢，适用范围窄；CO2置换法工艺复杂，同时需要稳定的二氧化碳气源，其应用较为局限；注热法需要向天然气水合物层直接注入热水或蒸汽，经济花费大且容易造成储层伤害。利用电加热开采天然气水合物，可将电能转化为开发天然气水合物藏的热能，其设备简单，能量利用率高，受到越来越多的关注，但目前尚没有一种模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法，严重制约了天然气水合物藏开发的研究进展。
发明内容
针对以上的技术不足，本发明提供一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置。
本发明还提供一种利用上述装置模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于包括天然气水合物生成系统、电加热系统、气液分离系统和控制计量系统。所述天然气水合物生成系统由天然气罐1，减压阀2、十二烷基硫酸钠溶液槽16、平流泵15和压力反应釜12组成。压力反应釜12通过二通阀19、压力表4、气体质量流量计3和减压阀2与天然气瓶1相连，十二烷基硫酸钠溶液槽16中的溶液可以通过平流泵15和二通阀25流入压力反应釜12，并可以通过压力反应釜12上部二通阀26流入烧杯30；电加热系统由模拟井筒13、电缆14、电缆28、橡胶塞17、橡胶塞18和电源5组成，模拟井筒13置于压力反应釜12中，电缆14和电缆28分别与电源5相连，提供天然气水合物开发的能量；气液分离系统由气液分离器10、回压阀24、手摇泵23组成，气液分离器10通过回压阀24与模拟井筒13相连，对产出液进行气液分离，分离出的液体流入量筒9，分离出的气体流入集气瓶27；控制计量系统包括压力表4、用于控制压力反应釜12温度的循环冷水浴29和与计算机6相连的气体质量流量计3、气体质量流量计22组成，气体质量流量计3通过减压阀2与天然气瓶1相连，用于测量流入压力反应釜12的天然气的质量流量；气体质量流量计22通过二通阀20与气液分离器10相连，用于测量产出天然气的质量流量。
根据本发明优选的，所述模拟井筒13上部和下部为不锈钢，中间部分为玻璃钢11，可以防止电缆14和电缆18直接通过井筒形成回路。
一种利用上述装置模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法，包括步骤如下：
(1)实验准备：气体质量流量计3、气体质量流量计22和压力表4进行调零并检查装置的气密性。
(2)模拟天然气水合物生成的天然沉积环境：将粒度为0.09～0.26mm的石英砂紧密地填在压力反应釜12中；
(3)打开二通阀25和二通阀26，平流泵15以0.1～1mL/min的速度向压力反应釜12中注入十二烷基硫酸钠溶液，二通阀26所在的管线有溶液流出后继续注入30～60min；
(4)关闭平流泵15、二通阀25和二通阀26，打开二通阀19和减压阀2，控制注入天然气压力为3～5MPa，利用天然气瓶1向压力反应釜12中注入纯度为99.99％的天然气；待压力表4示数稳定后，利用平流泵7将冷却水槽31中的冷却水注入循环冷水浴29，流出至回收槽8，同时调节减压阀2使压力反应釜12内压力恒定；当气体质量流量计3示数小于0.0001g/min时，通过气体质量流量计3和计算机6读取注入压力反应釜12的天然气质量m，天然气水合物生成阶段结束,关闭二通阀19和减压阀2；
(5)开启回压阀24，控制手摇泵23，调节回压阀24压力为1.5～2.5MPa，模拟天然气水合物的降压开采；
(6)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，打开电源5，开始模拟电加热辅助降压开采天然气水合物；
(7)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，天然气水合物开采结束，读取产出气体总质量m1；
(8)计算天然气水合物的采收率：
本发明的优点是可以模拟天然气水合物沉积条件下的生成、天然气水合物降压开采和电加热辅助降压开采的过程。其装置简单，操作方便，通过计量注入和产出的天然气质量，可以计算天然气水合物藏的采收率，进而对电加热开采天然气水合物的效果进行评价。
附图说明
图1为本发明所述的一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置结构示意图。
图2为井筒放大图。
其中，1、天然气罐；2、减压阀；3气体质量流量计；4、压力表；5、电源；6、计算机；7、平流泵；8、回收槽；9、量筒；10、气液分离器；11、玻璃钢；12、压力反应釜；13、模拟井筒；14、电缆；15、平流泵；16、十二烷基硫酸钠溶液槽；17、橡胶塞；18、橡胶塞；19、二通阀；20、二通阀；21、二通阀；22、气体质量流量计；23、手摇泵；24、回压阀；25、二通阀；26、二通阀；27、集气瓶；28、电缆；29、循环冷水浴；30、烧杯；31、冷却水槽。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但是不限于此。
实施例一
如图1所示
一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于包括天然气水合物生成系统、电加热系统、气液分离系统和控制计量系统。所述天然气水合物生成系统由天然气罐1，减压阀2、十二烷基硫酸钠溶液槽16、平流泵15和压力反应釜12组成。压力反应釜12通过二通阀19、压力表4、气体质量流量计3和减压阀2与天然气瓶1相连，十二烷基硫酸钠溶液槽16中的溶液可以通过平流泵15和二通阀25流入压力反应釜12，并可以通过压力反应釜12上部二通阀26流入烧杯30；电加热系统由模拟井筒13、电缆14、电缆28、橡胶塞17、橡胶塞18和电源5组成，模拟井筒13置于压力反应釜12中，电缆14和电缆28分别与电源5相连，提供天然气水合物开发的能量；气液分离系统由气液分离器10、回压阀24、手摇泵23组成，气液分离器10通过回压阀24与模拟井筒13相连，对产出液进行气液分离，分离出的液体流入量筒9，分离出的气体流入集气瓶27；控制计量系统包括压力表4、用于控制压力反应釜12温度的循环冷水浴29和与计算机6相连的气体质量流量计3、气体质量流量计22组成，气体质量流量计3通过减压阀2与天然气瓶1相连，用于测量流入压力反应釜12的天然气的质量流量；气体流量计22通过二通阀20与气液分离器10相连，用于测量产出天然气的质量流量。
所述模拟井筒13上部和下部都是作为电极的不锈钢，中间部分为玻璃钢11，可以防止电缆14和电缆18直接通过井筒形成回路。
实施例2、
一种利用上述装置模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法，包括步骤如下：
(1)实验准备：气体质量流量计3、气体质量流量计22和压力表4进行调零并检查装置的气密性。
(2)模拟天然气水合物生成的天然沉积环境：将粒度为0.09～0.26mm的石英砂紧密地填在压力反应釜12中；
(3)打开二通阀25和二通阀26，平流泵15以0.1mL/min的速度向压力反应釜12中注入十二烷基硫酸钠溶液，二通阀26所在的管线有溶液流出后继续注入30min；
(5)关闭平流泵15、二通阀25和二通阀26，打开二通阀19和减压阀2，控制注入天然气压力为3.5MPa，利用天然气瓶1向压力反应釜12中注入纯度为99.99％的天然气；待压力表4示数稳定后，利用平流泵7将冷却水槽31中的冷却水注入循环冷水浴29，流出至回收槽8，同时调节减压阀2使压力反应釜12内压力恒定；当气体质量流量计3示数小于0.0001g/min时，通过气体质量流量计3和计算机6读取注入压力反应釜12的天然气质量m＝0.1783g，天然气水合物生成阶段结束,关闭二通阀19和减压阀2；
(6)开启回压阀24，控制手摇泵23，调节回压阀24压力为2MPa，模拟天然气水合物的降压开采；
(7)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，打开电源5，开始模拟电加热辅助降压开采天然气水合物；
(8)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，天然气水合物开采结束，读取产出气体总质量m1＝0.0866；
(9)计算天然气水合物的采收率：
。
Claims (4)
1.一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于包括天然气水合物生成系统、电加热系统、气液分离系统和控制计量系统，所述天然气水合物生成系统由天然气罐1，减压阀2、十二烷基硫酸钠溶液槽16、平流泵15和压力反应釜12组成，压力反应釜12通过二通阀19、压力表4、气体质量流量计3和减压阀2与天然气瓶1相连，十二烷基硫酸钠溶液槽16中的溶液可以通过平流泵15和二通阀25流入压力反应釜12，并可以通过压力反应釜12上部二通阀26流入烧杯30；电加热系统由模拟井筒13、电缆14、电缆28、橡胶塞17、橡胶塞18和电源5组成，模拟井筒13置于压力反应釜12中，电缆14和电缆28分别与电源5相连，提供天然气水合物开发的能量；气液分离系统由气液分离器10、回压阀24、手摇泵23组成，气液分离器10通过回压阀24与模拟井筒13相连，对产出液进行气液分离，分离出的液体流入量筒9，分离出的气体流入集气瓶27；控制计量系统包括压力表4、用于控制压力反应釜12温度的循环冷水浴29和与计算机6相连的气体质量流量计3、气体质量流量计22组成，气体质量流量计3通过减压阀2与天然气瓶1相连，用于测量流入压力反应釜12的天然气的质量流量；气体质量流量计22通过二通阀20与气液分离器10相连，用于测量产出天然气的质量流量。
2.根据权利要求1中所述的一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于，所述模拟井筒13上部和下部为不锈钢，中间部分为玻璃钢11，可以防止电缆14和电缆18直接通过井筒形成回路。
3.根据权利要求1中所述的一种电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于，为模拟天然气水合物的天然生成环境，在压力反应釜12中充填0.09～0.26mm石英砂；同时为加快天然气水合物的生成速度，采用0.02％～0.04％的十二烷基硫酸钠溶液代替水。
4.一种利用如权利要求1所述的装置模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)模拟天然气水合物生成的天然沉积环境：将粒度为0.09～0.26mm的石英砂紧密地填在压力反应釜12中；
(2)打开二通阀25和二通阀26，平流泵15以0.1～1mL/min的速度向压力反应釜12中注入十二烷基硫酸钠溶液，二通阀26所在的管线有溶液流出后继续注入30～60min；
(3)关闭平流泵15、二通阀25和二通阀26，打开二通阀19和减压阀2，控制注入天然气压力为3～5MPa，利用天然气瓶1向压力反应釜12中注入纯度为99.99％的天然气；待压力表4示数稳定后，利用平流泵7将冷却水槽31中的冷却水注入循环冷水浴29，流出至回收槽8，同时调节减压阀2使压力反应釜12内压力恒定；当气体质量流量计3示数小于0.0001g/min时，通过气体质量流量计3和计算机6读取注入压力反应釜12的天然气质量m，天然气水合物生成阶段结束,关闭二通阀19和减压阀2；
(4)开启回压阀24，控制手摇泵23，调节回压阀24压力为1.5～2.5MPa，模拟天然气水合物的降压开采；
(5)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，打开电源5，开始模拟电加热辅助降压开采天然气水合物；
(6)当气体质量流量计22所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，天然气水合物开采结束，读取产出气体总质量m1；
(7)计算天然气水合物的采收率：
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