CN116042283B - 大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法，成藏装置包括供液单元、供气单元、高压釜、井网、气体收集单元、制冷机组和数据采集单元，高压釜内设有箱体，箱体内填充有砂水混合物，箱体内设有温度传感器和压力传感器；井网包括多个水平井和多个垂直井，多个水平井和多个垂直井分层设置在箱体内。成藏装置通过箱体设有多个水平井和垂直井，多个水平井和多个垂直井分层设置在箱体内，可以使注水、注气分布更加均匀；在水平井外包裹一层疏水性砂层，解决了注水、注气井堵塞问题；注水时采用低流量多次补水方式，解决了水分分布不均导致局部生成水合物分布不均的问题，实现高饱和度天然气水合物的制备。

Description

大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物模拟成藏及开采研究技术领域，尤其涉及一种大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法。

背景技术

天然气水合物主要分布于水深大于300米的海洋及陆地永久冻土带，被普遍认为将是21世纪替代煤炭、石油和天然气的新型的洁净能源资源。

研究天然气水合物的前提是模拟天然气水合物的成藏，制备大尺度、高饱和度的天然气水合物储层。但是现有技术中实验室采用的传统方法制备的水合物，其饱和度一般在30%左右。饱和度偏低的原因主要是模拟成藏过程存在如下几个问题：

①成藏装置注水、注气井数量少，导致注水、注气分布不均。

②成藏装置低温高压条件下注水、注气过程在井周围生成水合物导致井堵塞，增大注水、注气难度。

③天然气水合物的制备过程中水分受砂子吸附力及自身重力双重作用，水分分布不均导致局部生成水合物分布不均，很难制备高饱和度水合物储层。

因此，亟需开发一种大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法，以解决上述问题中的一个或几个。

发明内容

针对上述问题中的一个或几个，本发明的目的是提供一种大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法，箱体内设有多个注水、注气用水平井和垂直井；通过在水平井外包裹一层疏水性砂层，解决了注水、注气井堵塞问题；注水时采用低流量多次补水方式，解决了水分分布不均导致局部生成水合物分布不均的问题，实现高饱和度天然气水合物的制备。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大尺度成藏装置，包括：

供液单元，包括依次串联的高压柱塞泵和注液切断阀，所述高压柱塞泵与外部的供液管道连接；

供气单元，包括依次串联的高压气瓶、气体增压器和注气切断阀；

高压釜，其内设有箱体，所述箱体内填充有砂水混合物，所述箱体内设有温度传感器和压力传感器；

井网，包括多个水平井和多个垂直井，多个所述水平井和多个所述垂直井分层设置在所述箱体内；

气体收集单元，包括依次串联的气体收集瓶和排气阀；

制冷机组，与所述高压釜连接；

数据采集单元，与所述温度传感器和所述压力传感器连接；

其中，所述水平井经水平井注入阀分别与所述注液切断阀、所述注气切断阀和所述排气阀连接；所述垂直井经垂直井注入阀分别与所述注液切断阀、所述注气切断阀和所述排气阀连接。

优选地，所述水平井和所述垂直井均为九个，均匀间隔设置在所述箱体内。

优选地，所述水平井和所述垂直井的井管侧壁上均开设有多个割缝或孔。

优选地，所述高压气瓶和所述气体增压器之间设有气体质量流量计。

优选地，所述砂水混合物的砂水质量比范围为20：1到8：1，砂子的粒径范围为80目至120目。

优选地，所述水平井包裹有疏水性砂层。

一种高饱和度天然气水合物的制备方法，包括如下步骤：

S01，将气体通过井网注入到箱体内，所述气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组将箱体内的温度降低，并保持该温度至设定时间，完成天然气水合物首次成藏；

S02，将所述箱体内温度升高，连通任意一层的水平井，关闭其他的水平井和垂直井，以设定的水流量向所述箱体内注水，当数据采集单元采集的所述箱体内的该层的水平井周围温度超过设定温度值时，停止向所述箱体内注水；逐步通过其他层水平井向所述箱体内注水，最终实现通过所有层的水平井向所述箱体内注水，达到均匀注水；

S03，重复S02步骤，完成向所述箱体内注入设定的水量；降低所述箱体内温度，完成再次天然气水合物成藏；

S04，重复S02步骤和S03步骤，通过多次成藏，直至制备的天然气水合物达到预期饱和度的目标。

优选地，在步骤S01中，所述气体为甲烷。

优选地，在步骤S01中，在常温条件下，将气体通过井网注入到箱体内；所述气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组将箱体内的温度降低至降至第一设定温度，并保持所述第一设定温度到设定时间，完成天然气水合物首次成藏。

优选地，在步骤S02中，可从顶层水平井开始，依次向下逐层通过水平井向所述箱体内注水。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1. 本发明提供的大尺度成藏装置，箱体设有多个水平井和垂直井，多个水平井和多个垂直井分层设置在箱体内，可以使箱体内注水、注气分布更加均匀。

2. 本发明提供的大尺度成藏装置，水平井的井口处均设有疏水性砂层，能够避免箱体内补水过程水合物在水平井井口处生成，堵塞井口，影响补水效果。

3. 本发明提供的大尺度成藏装置，箱体内填满砂水质量比10：1混合均匀的100目砂子和水的砂水混合物，砂子具有锁水性能，润湿砂层，避免水分由于重力的原因集聚制砂层底部，控制砂水比例确保砂层中有充足的空间注汽，并保证孔隙之间通道畅通。

4. 本发明提供的高饱和度天然气水合物的制备方法，采取多次升温补水、降温成藏，使箱体的砂层内甲烷气体更充分的生成天然水合物，提高了天然水合物的饱和度。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的大尺度成藏装置结构示意图。

图2是本发明该实施例提供的水平井和垂直井分布结构示意图。

图3是本发明该实施例提供的高饱和度天然气水合物的制备方法步骤流程图。

附图中标记：

1为箱体，2为高压釜，3为水平井，4为垂直井，5为高压气瓶，6为高压柱塞泵，7为制冷机组，8为气体收集瓶，9为高压气瓶针阀，10为气体质量流量计，11为气体增压器，12为注气切断阀，13为注液切断阀，14为垂直井注入阀A，15为垂直井注入阀B，16为垂直井注入阀C，17为水平井注入阀A，18为水平井注入阀B，19为水平井注入阀C，20为排气阀，21为气体收集瓶针阀，22为数据采集系统，23为计算机控制系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种大尺度成藏装置及高饱和度天然气水合物的制备方法，箱体内设有多个注水、注气水平井和垂直井；通过在水平井外包裹一层疏水性砂层，解决了注水、注气井堵塞问题；注水时采用低流量多次补水方式，解决了水分分布不均导致局部生成水合物分布不均的问题，实现高饱和度天然气水合物的制备。

下面，结合附图对本发明实施例进行详细的说明。

实施例1

参照图1所示，本实施例提供的大尺度成藏装置，包括供液单元、供气单元、高压釜2、井网、气体收集单元、制冷机组7和数据采集单元，供液单元包括依次串联的高压柱塞泵6和注液切断阀13，高压柱塞泵6与外部的供液管道连接；供气单元包括依次串联的高压气瓶5、气体增压器11和注气切断阀12；高压釜2内设有箱体1，箱体1内填充有砂水混合物，箱体1内设有温度传感器和压力传感器；井网包括多个水平井3和多个垂直井4，多个水平井3和多个垂直井4分层设置在箱体1内，水平井3的井口处均设有疏水性砂层；气体收集单元包括依次串联的气体收集瓶8和排气阀20；制冷机组7与高压釜2连接；数据采集单元与温度传感器和压力传感器连接；其中，水平井3经水平井注入阀分别与注液切断阀13、注气切断阀12和排气阀20连接；垂直井4经垂直井注入阀分别与注液切断阀13、注气切断阀12和排气阀20连接。

具体应用中，箱体1为容积为1立方米的封闭金属箱，箱体1相对于现有技术中，容积均为几十毫升以下的制备容器，通过箱体1可以实现大尺度成藏制备天然气水合物，因此能够更好的模拟自然界中天然水合物的成藏过程。

由于水平井3补水过程，由于水分同时受到砂子吸附力和重力的影响，水分的波及面呈现出椭扇形，注水速度越快，在垂直方向上水波及的越快，不利于水平方向上水的波及。所以注水采用恒压低流量多次补水。每次补水量控制在以井口为中心均匀波及150mm为宜。砂水混合物中不同砂子的选型也会影响实验效果，可通过配置不同水、砂质量比的样品，长时间静置，观察砂子吸附水分的性能。根据砂层锁水性能润湿砂层，能够避免水分由于重力的原因集聚至砂层底部，控制砂水比例确保砂层中有充足的空间注气，并保证孔隙之间通道畅通；箱体1内装填按砂水质量比10：1混合均匀的100目砂子和水的砂水混合物，并压实密封，此比例的砂水混合物，能够确保水吸附在砂子表面，而不会在重力的作用下沉积在箱体1的底部，砂水混合物可以成为砂层。装满砂水混合物的箱体1吊装放入到高压釜2内。

箱体1中每个水平井3和垂直井4的附近均布设有温度传感器，温度传感器为探针式温度传感器，温度传感器可以监测箱体1内不同位置的实时温度。箱体1中同时布设了压力传感器，监测箱体1内的压力；具体地，温度和压力的监测点分为五层，每层等间距布置，每层可分布十六个温度检测点，十六个压力检测点，温度检测点或压力检测点以4X4均匀间隔布局，实时采集数据。高压釜2的内部装满围压液体，箱体1放在围压液体中，围压液体依靠高压釜2的增压泵增压；高压釜2也设有压力传感器，并与数据采集单元连接，高压釜2内的压力传感器能够检测高压釜2的压力。高压釜的压力与内置模型的压力有压差联锁，进而控制增压泵使压差控制在使用要求范围内。数据采集单元包括相互连接的数据采集系统22和计算机控制系统，数据采集系统22采用DCS进行数据采集，获取箱体1和高压釜2内的温度和压力数据，并将获取的数据传输给计算机控制系统进行数据处理。

供液单元、供气单元分别通过井网为箱体1进行供液和供气；制冷机组7与高压釜2连接，能够控制高压釜2内的温度，从而达到调节箱体1内的温度；气体收集单元可以收集从箱体1内排出的气体。

该实施例中，参照图2所示，水平井和垂直井均为九个，均匀间隔设置在箱体内。

具体应用中，对于大尺度成藏，在箱体1注水、注气点位设置需尽可能的多，且分散均匀，以保证箱体1内水气分布均匀。水平井3和垂直井4均为九个，三个水平井3为一组，彼此均匀间隔设置在箱体1的同一层内，三组水平井3成三层均匀间隔水平分布在箱体1以内；三个垂直井4为一组，彼此均匀间隔设置在箱体1的同一列内，三组垂直井4成三列垂直均匀间隔水平分布设置在箱体1以内；水平井3和垂直井4呈九宫格结构，当通过水平井3和垂直井4向箱体1内注水和注气，能够使注水、注气分布更加均匀。三组水平井3分别通过水平井注入阀A、水平井注入阀B和水平井注入阀C与注液切断阀13、注气切断阀12和排气阀20连接；三组垂直井4分别通过垂直井注入阀A、垂直井注入阀B和垂直井注入阀C与注液切断阀13、注气切断阀12和排气阀20连接。

该实施例中，水平井3和垂直井4的井管侧壁上均开设有多个割缝或孔。

具体应用中，水平井3和垂直井4的井管均为内径6mm的金属管，金属管表面的进行电火花打孔或者线切割割缝，孔的直径或割缝的宽度为1mm，均匀间隔分布在井管的侧壁上，箱体1侧壁开孔，金属管经此开孔与外部的管道连接，金属管与箱体1侧壁的连接处均密封处理；外部的管道依次穿过高压釜2和箱体1与井管连接，井管也可以做成与穿过高压釜2和箱体1的管道为一体管，插设在箱体1内的金属管，其侧壁上打孔或线切割割缝，管道与高压釜2和箱体1连接处均密封处理。在金属管上包裹防砂网，这种结构的金属管具有挡砂、透水透气等功能，能够用于模拟现场使用的防沙筛管。在高压注水、注气时，水或气可以从孔或割缝排出，更进一步保证箱体1内注水、注气的均匀分布保证注水、注气均匀分布。

该实施例中，高压气瓶5和气体增压器11之间设有气体质量流量计10。

具体应用中，气体质量流量计10可以计量从高压气瓶5流出的气体的质量流量。

该实施例中，砂水混合物的砂水质量比范围为20：1到8：1，砂子的粒径范围为80目至120目。

具体应用中，不同砂子的选型会影响制备天然水合物的效果，可通过配置不同水、砂质量比的样品，长时间静置，观察砂子吸附水分的性能。当砂水质量比10：1混合均匀的100目砂子和水的砂水混合物，制备高饱和度的天然水合物的效果较好。砂层锁水性能润湿砂层，能避免水分由于重力的原因集聚制砂层底部，控制砂水比例确保砂层中有充足的空间注汽，并保证孔隙之间通道畅通。

该实施例中，所述水平井包裹有疏水性砂层。

具体应用中，水平井3包裹于疏水性砂层内，可以保证在停止注水后减少水分在注水井口残留，可以保证井口周围较干燥，生成水合物的条件是低温高压，充足的水和气。井口处铺设了疏水性砂子，使井口位置水分不充足，生成的水合物不会完全堵塞井口。当水或气注入进疏水砂层时，井口与砂层产生足够大的压差，可以压裂堵塞的水合物层，进而解决注水、注气井口堵塞的问题。由于箱体1内后期采用补水的方式，而不是补气的方式，由于水的压缩比小，高压差可以产生压裂隔层，起到疏通孔道的作用。箱体1内填砂过程中，采用逐层填砂方式，在水平井3井管周围包裹1-2mm厚度疏水型砂子，避免低温下补水过程水合物在井口处生成，堵塞井口，影响补水效果。

该实施例中，气体收集瓶8的进气口处设有气体收集瓶针阀21；高压气瓶5的出气口处设有高压气瓶针阀9。

具体应用中，气体收集瓶针阀21能够控制气体收集瓶8的开关；高压气瓶针阀9能够控制高压气瓶5开关。

实施例2

参照图3所示，本实施例提供的基于实施例1的大尺度成藏装置制备的高饱和度天然气水合物的制备方法，包括如下步骤：

S01，将气体通过井网注入到箱体1内，气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组7将箱体1内的温度降低，并保持该温度至设定时间，完成天然气水合物首次成藏；

S02，将箱体1内温度升高，连通任意一层的水平井3，关闭其他的水平井3和垂直井4，以设定的水流量向箱体1内注水，当数据采集单元采集的箱体1内的该层的水平井3周围温度超过设定温度值时，停止向箱体1内注水；逐步通过其他层水平井3向箱体1内注水，最终实现通过所有层的水平井3向箱体1内注水，达到均匀注水；

S03，重复S02步骤，完成向箱体1内注入设定的水量；降低箱体1内温度，完成再次天然气水合物成藏；

S04，重复S02步骤和S03步骤，通过多次成藏，直至制备的天然气水合物达到预期饱和度的目标。

具体应用中，天然气水合物的制备可以通过三次成藏完成，通过三次成藏可制备饱和度大于70%的大尺度甲烷水合物沉积层，达到预期目标。如果经过三次以上成藏，可制备的更高饱和度的大尺度甲烷水合物沉积层。

在制备前，需要对箱体1的密封性进行检查。将箱体1吊装至高压釜2中并密封。关闭注液切断阀13、排气阀20，打开注气切断阀12、垂直井注入阀A14、垂直井注入阀B15、垂直井注入阀C16、水平井注入阀A17、水平井注入阀B18、水平井注入阀C19。打开高压气瓶针阀9，由高压气瓶5通过气体增压器11向箱体1内注入氮气，至箱体1压力达到16MPa，关闭注气切断阀12，注气过程通过数据采集系统22、计算机控制系统23控制高压釜2的压力，使高压釜2的压力高于箱体1内的压力0.5 MPa至0.8MPa。当注入氮气至箱体1内的压力达到16MPa后，保压24小时，压力变化不大于0.3%，箱体1气密性合格。气密性合格后排气阀20、气体收集瓶针阀21，连通气体收集瓶8收集从箱体1内排除的氮气。收集的氮气后续可以增压后循环使用。

三次成藏制备饱和度大于70%的大尺度甲烷水合物沉积层，按照注气-降温成藏-升温补水-二次降温成藏-升温补水-三次降温成藏的步骤制备大尺度高饱和度的甲烷水合物。

参照图1所示，在常温的条件下，例如25℃，关闭注液切断阀13，打开注气切断阀12、垂直井注入阀A14、垂直井注入阀B15、垂直井注入阀C16、水平井注入阀A17、水平井注入阀B18、水平井注入阀C19、排气阀20。打开高压气瓶针阀9，由高压气瓶5常压条件向箱体1内注入甲烷置换箱体1中残留的氮气，置换2小时。置换完毕，关闭排气阀20，由高压气瓶5通过气体增压器11、气体质量流量计10，向箱体1内注入甲烷至箱体1内压力达到15MPa后，关闭注气切断阀12，注气过程通过数据采集系统22、计算机控制系统23控制高压釜2的压力，使高压釜2的压力高于箱体1的压力0.5MPa至0.8MPa。注气完成后，气体与砂水混合物中的水形成水气溶液。当注气使箱体1内砂层压力达到设定压力后，例如15MPa，按照设定的温度梯度，通过制冷机组7将箱体内的温度降至第一设定温度，并保持所述第一设定温度到设定时间，完成天然气水合物首次成藏；具体地，按照1℃/h的降温梯度将箱体1内从25℃降温至8℃，并维该温度48小时，完成首次成藏。当箱体1内温度趋于一致，例如温度差1℃以内，成藏完毕，该次成藏为“胶结成藏”，水合物在砂层的微米级缝隙成藏，生成的水合物起到胶结作用，填充砂层微米级缝隙。

设置制冷机组7制冷温度，使箱体1内温度从第一设定温度升至第二设定温度，例如从8℃升温至15℃，关闭垂直井注入阀A14、垂直井注入阀B15、垂直井注入阀C16、水平井注入阀B18、水平井注入阀C19、注液切断阀13，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h，通过水平井注入阀A17控制的一组水平井3向于箱体1内注水。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第一层水平井周围的温度变化超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温，关闭水平井注入阀A17停止补水。根据箱体1的温度、压力场图的变化确认水合物生成的诱导期，在诱导期内补水，补水不会生成水合物堵塞井口。在诱导期过后，切换补水的水平井，循环切换补水井，完成补水量。升温现象表示已度过水合物生成的诱导期，开始生成水合物，继续补水井口富集大量水分，易生成水合物堵塞井口。

打开水平井注入阀B18，开始由第二层水平井3向箱体1内补水，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第二层水平井周围的温度变化超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温的时候，关闭水平井注入阀B18停止补水。

打开水平井注入阀C19，开始由第三层水平井3向箱体1内补水，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第三层水平井周围的温度变化，超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温的时候，关闭水平井注入阀C19停止补水。

第一、二、三层水平井3循环上述步骤补水，完成向箱体1内注入设定的水量，例如累计补水30L，停止补水。设置制冷机组7制冷温度，使箱体1内温度降至第三设定温度，例如使箱体1内温度降至5℃。当箱体1内温度趋于一致，例如温度差1℃以内，第二次成藏完毕。该次成藏为“骨架成藏”水合物在砂层的空隙表面成藏，生成的水合物量较大，能够承受部分储层压力，以骨架形式存在，并保证储层中的孔隙之间畅通。

设置制冷机组7制冷温度，使箱体1内温度从第三设定温度升至第四设定温度，例如从5℃升温至10℃，关闭垂直井注入阀A14、垂直井注入阀B15、垂直井注入阀C16、水平井注入阀B18、水平井注入阀C19、注液切断阀13，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h，通过水平井注入阀A17控制的一组水平井3向于箱体1内注水。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第一层水平井周围的温度变化超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温，关闭水平井注入阀A17停止补水。

打开水平井注入阀B18，开始由第二层水平井3向箱体1内补水，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第二层水平井周围的温度变化超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温的时候，关闭水平井注入阀B18停止补水。

打开水平井注入阀C19，开始由第三层水平井3向箱体1内补水，设置高压柱塞泵6补水压力高于箱体1内压力0.5MPa，补水流量1L/h。通过数据采集系统22、计算机控制系统23观察第三层水平井周围的温度变化，超过设定温度值时，例如设定值为2℃，发生明显升温的时候，关闭水平井注入阀C19停止补水。

第一、二、三层水平井3循环上述步骤补水，完成向箱体1内注入设定的水量，例如累计补水30L，停止补水。设置制冷机组7制冷温度，使箱体1内温度降至第五设定温度，例如使箱体1内温度降至2℃。当箱体1内温度趋于一致，例如温度差1℃以内，第三次成藏完毕。该次成藏为“填充成藏”，水合物在砂层中的大孔隙中成藏。

通过三次成藏可制备饱和度大于70%的大尺度甲烷水合物沉积层。目前水合物模拟成藏装置制备水合物的饱和度普遍为30%至40%，本实例的方法制备水合物饱和度比同类装置高出近1倍，能够到达制备大尺寸、高饱和度的天然水合物。

该实施例中，制备天然水合物的气体为甲烷。

该实施例中，在步骤S01中，在常温条件下，将气体通过井网注入到箱体1内；气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组7将箱体内的温度降低至降至第一设定温度，并保持第一设定温度到设定时间，完成天然气水合物首次成藏。

该实施例中，在步骤S02中，可从顶层水平井3开始，依次向下逐层通过水平井3向箱体1内注水。

如果三次成藏天然水合物未达到目标饱和度要求，或需要达到更高的饱和度，可以通过增加成藏的次数，进一步提高天然水合物的饱和度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，基于一种大尺度成藏装置，所述大尺度成藏装置包括：

供液单元，包括依次串联的高压柱塞泵和注液切断阀，所述高压柱塞泵与外部的供液管道连接；

供气单元，包括依次串联的高压气瓶、气体增压器和注气切断阀；

高压釜，其内设有箱体，所述箱体内填充有砂水混合物，所述箱体内设有温度传感器和压力传感器；

井网，包括多个水平井和多个垂直井，多个所述水平井和多个所述垂直井分层设置在所述箱体内；

气体收集单元，包括依次串联的气体收集瓶和排气阀；

制冷机组，与所述高压釜连接；

数据采集单元，与所述温度传感器和所述压力传感器连接；

其中，所述水平井经水平井注入阀分别与所述注液切断阀、所述注气切断阀和所述排气阀连接；所述垂直井经垂直井注入阀分别与所述注液切断阀、所述注气切断阀和所述排气阀连接；

所述高饱和度天然气水合物的制备方法，包括如下步骤：

S01，将气体通过井网注入到箱体内，所述气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组将箱体内的温度降低，并保持该温度至设定时间，完成天然气水合物首次成藏；

S02，将所述箱体内温度升高，连通任意一层的水平井，关闭其他的水平井和垂直井，以设定的水流量向所述箱体内注水，当数据采集单元采集的所述箱体内的该层的水平井周围温度超过设定温度值时，停止向所述箱体内注水；逐步通过其他层水平井向所述箱体内注水，最终实现通过所有层的水平井向所述箱体内注水，达到均匀注水；

S03，重复S02步骤，完成向所述箱体内注入设定的水量；降低所述箱体内温度，完成再次天然气水合物成藏；

S04，重复S02步骤和S03步骤，通过多次成藏，直至制备的天然气水合物达到预期饱和度的目标。

2.根据权利要求1所述的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，所述水平井和所述垂直井均为九个，均匀间隔设置在所述箱体内。

3.根据权利要求1所述的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，所述水平井和所述垂直井的井管侧壁上均开设有多个割缝或孔。

4.根据权利要求1所述的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，所述高压气瓶和所述气体增压器之间设有气体质量流量计。

5.根据权利要求1所述的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，所述砂水混合物的砂水质量比范围为20：1到8：1，砂子的粒径范围为80目至120目。

6.根据权利要求1所述的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，所述水平井包裹有疏水性砂层。

7.根据权利要求1的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，在步骤S01中，所述气体为甲烷。

8.根据权利要求1的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，在步骤S01中，在常温条件下，将气体通过井网注入到箱体内；所述气体与砂水混合物中的水形成水气溶液，并通过制冷机组将箱体内的温度降低至降至第一设定温度，并保持所述第一设定温度到设定时间，完成天然气水合物首次成藏。

9.根据权利要求1的高饱和度天然气水合物的制备方法，其特征在于，在步骤S02中，可从顶层水平井开始，依次向下逐层通过水平井向所述箱体内注水。

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