CN207568572U - 一种模拟注入co2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置。该装置主要由CO2供气罐、注气泵、生石灰粉漏斗、釜体、模拟套管、模拟油管、封隔器、温度感应器、人工天然气水合物、温控装置、回压控制装置、天然气集气罐、气体成分感应计、采气流量计和数据收集处理与控制系统构成，所述釜体、人工天然气水合物、模拟套管和模拟油管用于模拟天然气水合物地层与井筒，温控装置和回压控制装置用于模拟地层条件，通过数据收集处理与控制系统监控整个实验过程，本实用新型结构简单、操作方便，能接近真实地层条件地研究注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物的方法，利用该装置能够研究CO2与生石灰粉合适的注入量，以提高注采效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及天然气水合物开采技术领域，更具体地涉及一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置。
背景技术
天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。天然气水合物储量极其丰富，全球分布广泛，被视为未来石油、天然气等常规能源的有效替代能源，具有极高的资源价值，世界各国对天然气水合物的勘探开发研究越来越多，也越来越重视。
低温和高压是天然气水合物形成的基本条件，0℃时，只需约30个大气压就可生成天然气水合物。压力越大，天然气水合物就越不容易分解，温度越高，天然气水合物越容易分解。因此，开采天然气水合物的有效方式为升高温度或降低压力。基于升温和降压的开采思路，衍生出了三种传统的天然气水合物开采方法：热激发开采法、降压开采法和化学试剂注入开采法，然而采用单一的开采方法进行开发利用的效果有限且存在许多缺点，如热激发法热损失大、热利用率较低，降压法容易造成水合物的二次生成堵塞流动通道、对天然气水合物藏的温压平衡条件也有特殊要求，化学试剂注入法所需成本昂贵、促进天然气水合物的分解作用缓慢。由日本学者提出的CO2置换开采法是目前比较流行的天然气水合物开采方法，但该技术仍不完善，CO2置换利用效率低，排放的CO2导致温室效应。中国发明专利CN101761326A 公布的一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置，利用该实验装置可以研究二氧化碳置换开采天然气水合物的开采机理、开采动态和优化开采方式，提出了一种很好的实验研究方法，但是，单一的利用CO2开采天然气水合物存在效率低、作用缓慢等缺点。中国发明专利CN106437653A公布的一种注生石灰和二氧化碳法的水合物开采及二氧化碳封存联合方法，先利用生石灰与水合物层中的水完全反应后，再注入二氧化碳置换天然气，形成二氧化碳水合物，保证水合物层地层稳定，但该方法停留于理论基础，没有进行实验验证，应该注入多少生石灰与二氧化碳才合适，生石灰与水合物层中的水反应，放出大量热量促进天然气水合物分解，是一个升温增压的过程，压力增大又会抑制天然气水合物的分解，注入的生石灰是否会完全反应掉，是否可以采用生石灰与二氧化碳同时注入的方式，以及边注边反应边产气的方式，该专利提出的注入生石灰和二氧化碳开采天然气水合物是一种很好的开采方式，但仍存在尚未解决的问题与缺点。因此，有必要采用模拟实验的方法，研究注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物，以实验结果为实际应用提供指导。
发明内容
为了进一步研究注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物的方法，本实用新型设计了一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，该实验装置模拟天然气水合物地层处于低温高压环境，并进行注入CO2与生石灰粉开采实验，通过该实验可以研究同时注入CO2与生石灰粉、边注边产气的可行性，研究CO2与生石灰粉的注入量以维持稳定产气量。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，该装置由CO2供气罐、注气泵、注气阀门、注气流量计、生石灰粉漏斗、加料阀门、釜体、模拟套管、模拟油管、封隔器、温度感应器、模拟套管壁射孔洞、人工天然气水合物、温控装置、回压控制装置、回压表、回压阀门、天然气集气罐、采气压力表、采气节流控制阀、气体成分感应计、采气流量计和数据收集处理与控制系统构成；所述釜体内安装模拟套管、模拟油管，模拟套管与釜体底部留有空隙，釜体与模拟套管之间充填人工天然气水合物，模拟套管与模拟油管下部环空安装封隔器，模拟套管壁射孔洞连通油套环空与天然气水合物层，温度感应器安装于模拟套管壁；釜体外壁连接温控装置与回压控制装置；所述CO2供气罐与模拟油管用注气管线连通，注气管线上安装生石灰粉漏斗、注气流量计、注气阀门、注气泵；所述天然气集气罐与油套环空用排采管线连通，排采管线上安装采气压力表、采气节流控制阀、气体成分感应计、采气流量计；所述数据收集处理与控制系统连接并控制注气泵、温控装置、回压控制装置，数据收集处理与控制系统连接注气流量计、回压表、采气压力表、气体成分感应计、采气流量计，数据收集处理与控制系统控制注气阀门、加料阀门、回压阀门、采气节流控制阀。
进一步的是，所述温控装置在实验时，控制釜体内人工天然气水合物稳定的初始温度为4℃。进一步的是，所述回压控制装置在实验时，控制釜体内人工天然气水合物稳定的初始压力为 5MPa。
本实用新型的有益效果在于：
在注入CO2与生石灰粉进行开采实验前，安装并连接好实验设备，釜体内充填人工天然气水合物，打开回压阀门，利用数据收集处理与控制系统控制温控装置与回压控制装置，分别给釜体内人工天然气水合物施加模拟地层条件的温度和围压，使人工天然气水合物保持稳定；保持采气节流控制阀关闭，打开注气阀门、加料阀门，同时通过模拟油管向釜体底部注入CO2与生石灰粉，生石灰粉与人工天然气水合物中的水反应放热，数据收集处理与控制系统利用温度感应器监测反应过程中温度变化；数据收集处理与控制系统控制采气节流控制阀，使采气压力表所示压力范围5～7MPa，数据收集处理与控制系统控制CO2与生石灰粉的注入量，使温度感应器监测到的反应过程温度范围4～11℃，使气体成分感应计监测到的CO2含量逐渐变为0，以此达到注入CO2与生石灰粉的同时，保证人工天然气水合物持续分解并稳定排采，且注入的CO2无排出全部转变为二氧化碳水合物。数据收集处理与控制系统监测控制实验全过程，并对收集的数据进行处理，以形成对实际天然气水合物开采具有指导作用的实验结果。本实用新型的优点：该装置结构简单、操作方便，能接近真实地层条件地研究注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物的方法，利用该装置能够研究CO2与生石灰粉合适的注入量，以提高注采效率。
附图说明
图1是本实用新型一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置的结构示意图。图中：1.CO2供气罐，2.注气泵，3.注气阀门，4.注气流量计，5.生石灰粉漏斗，6.加料阀门， 7.釜体，8.模拟套管，9.模拟油管，10.封隔器，11.温度感应器，12.模拟套管壁射孔洞，13.人工天然气水合物，14.温控装置，15.回压控制装置，16.回压表，17.回压阀门，18.天然气集气罐，19.采气压力表，20.采气节流控制阀，21.气体成分感应计，22.采气流量计，23.数据收集处理与控制系统。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步具体说明：
如图1所示，本实用新型一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，主要由 CO2供气罐1、注气泵2、注气阀门3、注气流量计4、生石灰粉漏斗5、加料阀门6、釜体7、模拟套管8、模拟油管9、封隔器10、温度感应器11、模拟套管壁射孔洞12、人工天然气水合物13、温控装置14、回压控制装置15、回压表16、回压阀门17、天然气集气罐18、采气压力表19、采气节流控制阀20、气体成分感应计21、采气流量计22和数据收集处理与控制系统23组成；所述釜体7内安装模拟套管8、模拟油管9，模拟套管8与釜体7底部留有空隙，以便从模拟油管9注入的CO2与生石灰粉可以与人工天然气水合物13接触反应；釜体7 与模拟套管8之间充填人工天然气水合物13，模拟套管8与模拟油管9下部环空安装封隔器 10，模拟套管壁射孔洞12连通油套环空与天然气水合物13层，分解产生的天然气由模拟套管壁射孔洞12进入油套环空；温度感应器11安装于模拟套管8管壁，用于监测注入的CO2与生石灰粉与水反应放热导致的温度变化；所述釜体7外壁连接温控装置14与回压控制装置 15，用于模拟初始地层条件；所述CO2供气罐1与模拟油管9用注气管线连通，注气管线上安装生石灰粉漏斗5、注气流量计4、注气阀门3、注气泵2；所述天然气集气罐18与油套环空用排采管线连通，排采管线上安装采气压力表19、采气节流控制阀20、气体成分感应计 21、采气流量计22；所述数据收集处理与控制系统23连接并控制着注气泵2、温控装置14、回压控制装置15，数据收集处理与控制系统23连接注气流量计4、回压表16、采气压力表19、气体成分感应计21、采气流量计22，并收集数据，数据收集处理与控制系统23控制着注气阀门3、加料阀门6、回压阀门17、采气节流控制阀20。
作为优选的实施方式，温控装置在实验时，控制釜体内人工天然气水合物13稳定的初始温度为4℃。
作为优选的实施方式，回压控制装置在实验时，控制釜体内人工天然气水合物13稳定的初始压力为5MPa。
用该装置进行实验的步骤如下：
步骤A：在注入CO2与生石灰粉进行开采实验前，安装并连接好实验设备，在釜体7内充填人工天然气水合物13，打开回压阀门17，利用数据收集处理与控制系统23控制温控装置14 与回压控制装置15，分别给釜体7内人工天然气水合物13施加模拟地层条件的温度和围压，使人工天然气水合物13保持稳定；
步骤B：保持采气节流控制阀20关闭，打开注气阀门3、加料阀门6，同时通过模拟油管9 向釜体7底部注入CO2与生石灰粉，生石灰粉与人工天然气水合物13中的水反应放热；
步骤C：数据收集处理与控制系统23利用温度感应器11监测反应过程中温度变化；通过数据收集处理与控制系统23控制采气节流控制阀20，使采气压力表19所示压力范围5～7MPa，通过数据收集处理与控制系统23控制CO2与生石灰粉的注入量，使温度感应器11监测到的反应过程温度范围4～11℃，使气体成分感应计21监测到的CO2含量逐渐变为0，以此达到注入CO2与生石灰粉的同时，保证人工天然气水合物13持续分解并稳定排采，且注入的CO2无排出全部转变为二氧化碳水合物；
步骤D：数据收集处理与控制系统23监测控制实验全过程，并对收集的数据进行处理，以形成对实际天然气水合物的开采具有指导作用的实验结果。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，其特征在于：主要由CO2供气罐(1)、注气泵(2)、注气阀门(3)、注气流量计(4)、生石灰粉漏斗(5)、加料阀门(6)、釜体(7)、模拟套管(8)、模拟油管(9)、封隔器(10)、温度感应器(11)、模拟套管壁射孔洞(12)、人工天然气水合物(13)、温控装置(14)、回压控制装置(15)、回压表(16)、回压阀门(17)、天然气集气罐(18)、采气压力表(19)、采气节流控制阀(20)、气体成分感应计(21)、采气流量计(22)和数据收集处理与控制系统(23)构成；所述釜体(7)内安装模拟套管(8)和模拟油管(9)，模拟套管(8)与釜体(7)底部留有空隙，釜体(7)与模拟套管(8)之间充填人工天然气水合物(13)，模拟套管(8)与模拟油管(9)下部环空安装封隔器(10)，模拟套管壁射孔洞(12)连通油套环空与天然气水合物(13)层，温度感应器(11)安装于模拟套管(8)管壁；所述釜体(7)外壁连接温控装置(14)与回压控制装置(15)；所述CO2供气罐 (1)与模拟油管(9)用注气管线连通，注气管线上安装生石灰粉漏斗(5)、注气流量计(4)、注气阀门(3)和注气泵(2)；所述天然气集气罐 (18)与油套环空用排采管线连通，排采管线上安装采气压力表(19)、采气节流控制阀(20)、气体成分 感应计(21)和采气流量计(22)；所述数据收集处理与控制系统(23)连接并控制着注气泵(2)、温控装置(14)和回压控制装置(15)，数据收集处理与控制系统(23)连接注气流量计(4)、回压表(16)、采气压力表(19)、气体成分感应计(21)和采气流量计(22)，数据收集处理与控制系统(23)连接并控制着注气阀门(3)、加料阀门(6)、回压阀门(17)和采气节流控制阀(20)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，其特征在于：温控装置(14)控制釜体(7)内人工天然气水合物(13)稳定的初始温度为4℃。
3.根据权利要求1所述的一种模拟注入CO2与生石灰粉开采天然气水合物实验装置，其特征在于：回压控制装置(15)控制釜体(7)内人工天然气水合物(13)稳定的初始压力为5MPa。
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|---|---|---|---|---|
| CN111502603A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-07 | 中国石油大学(华东) | 孔隙流体采集装置、模拟开采天然气水合物的装置及方法 |
| WO2021103237A1 (zh) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法 |
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2017
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