一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置，包括有三維模型，該三維模型為耐壓范圍在５～４０ＭＰａ、內腔容積５０～５００Ｌ的不銹鋼反應釜；所述三維模型包括筒體、分別置于筒體上下的上法蘭和下法蘭，所述筒體、上法蘭和下法蘭之間的密封腔形成封閉的模擬腔；上法蘭和筒體以及下法蘭和筒體之間分別通過多個螺栓接連固定。本裝置所采用的半滲透隔板層具有耐高壓、耐腐蝕和耐高溫等特點，在高壓三維模型內的模擬腔內可自由拆卸，組裝，具體數量和尺寸等可靈活選擇，針對不同類型的天然氣水合物藏地質分層情況可以方便地采用相應特點的半滲透隔板層。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及天然氣水合物開采技術，尤其涉及一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置。
技術介紹
天然氣水合物是在一定條件(合適的壓力、溫度、氣體飽和度、水的鹽度和PH值 等)下由水和天然氣組成的類冰的籠形結晶化合物，其遇火即可燃燒，俗稱“可燃冰”，在自 然界中存在的水合物絕大部分是甲烷水合物。一般說來，從水合物分解得到的甲烷是水合 物體積的160多倍，其以固態形式存在的天然氣總量是地球上煤、石油等化石燃料的2倍， 所以天然氣水合物成了 21世紀最重要的戰略資源。此外，甲烷含碳量少于煤或石油，甲烷 產生的二氧化碳僅僅是煤的一半，是一種比較清潔的能源。運用能量平衡條件等計算表明，在假設無能量損失的情況下，從水合物氣體中獲 得的能量是分解水合物能量的15. 5倍，因此開采天然氣水合物具有一定的商業價值，是各 發達國家爭相研究的前沿熱點，但是由于天然氣水合物的開采面臨著經濟和技術上的可行 性問題，天然氣水合物的開發技術目前主要處于實驗研究階段。天然氣水合物開采的思路基本上是首先將蘊藏于沉積物中的天然氣水合物進行 分解，然后加以利用。當前提出的方法主要有以下三類(1)熱力開采法，主要是將蒸汽、熱 水、熱鹽水或其它熱流體從地面泵入天然氣水合物儲層，或采用火驅法、利用地熱等諸多方 法促使儲層溫度上升而達到水合物分解的目的；(2)化學劑開采法，主要是利用一些化學 劑，諸如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等來改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物 穩定溫度，以達到分解的目的；(3)降壓開采法，主要是通過降低壓力而引起天然氣水合物 穩定的相平衡曲線的移動，從而促使天然氣水合物分解。目前，研究天然氣水合物有效、快速、經濟的開采方法，為大規模開采天然氣水合 物提供理論依據，是緩解與日俱增的能源壓力的有效途徑
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置。為實現以上目的，本專利技術采取了以下的技術方案本專利技術天然氣水合物地質分層 模擬實驗裝置是一套天然氣水合物三維模型，為耐壓范圍為5 40MPa，耐溫范圍為-30 3000C，耐腐蝕(如醇類和鹽類等腐蝕性溶液)，內腔容積為50 500L的球形或圓柱形或方 形不銹鋼反應釜。三維模型內為密封的模擬腔，三維模型由筒體、上法蘭和下法蘭組成，筒 體、上法蘭和下法蘭之間的密封腔形成封閉的模擬腔。上法蘭和筒體以及下法蘭和筒體之 間分別使用若干螺栓接連固定。在模擬腔內部，包括有從上到下依次分布的上蓋層、水合物層、游離氣或水層和下蓋層ο所述上蓋層和下蓋層均由低滲透的巖石組成，水合物層和游離氣或水層均含有沉3積物；所述水合物層與游離氣或水層之間由半滲透隔板層分隔，水合物層和游離氣或水層 間氣體和水等流體流動均通過半滲透隔板層。所述半滲透隔板層包括只滲透水不滲透氣體和只滲透氣體不滲透水兩種耐腐蝕 的半滲透隔板層，其耐壓范圍為5 40MPa，耐溫范圍為-30 300°C ；所述半滲透隔板層由 1 20個半滲透隔板組成，每個半滲透隔板的表面積為0. 01 0. lm2。所述半滲透隔板層上、下表面分別為水平表面或中間高、兩邊低的弧狀表面，該弧 狀表面有利于必要時將半滲透隔板層上方聚集的液體流向四周，使中心區域具有更理想的 透氣效果。所述半滲透隔板層中每一個半滲透隔板都鑲嵌于圓柱形或方形不銹鋼平板內并 可拆卸、替換，通過不銹鋼平板水平固定在模擬腔內部，不銹鋼平板緊貼模擬腔內壁密封， 并且可拆卸。上法蘭和下法蘭中部分別開有上端氣液口和下端氣液口。固定于上法蘭的上端氣 液口延伸到上蓋層和水合物層的交界面附近，便于直接向水合物層注入溶液。固定于下法 蘭的下端氣液口延伸到游離氣或水層和下蓋層的交界面附近，便于直接向游離氣或水層注 入溶液。所述不銹鋼反應釜為球形或圓柱形或方形。本專利技術的主要創新之處在于將天然氣水合物三維模型內部介質進行分層，形成 上蓋層、水合物層、游離氣或水層和下蓋層從上到下依次分布天然氣水合物地質分層結構， 并利用只滲透水不滲透氣體和只滲透氣體不滲透水兩種半滲透隔板層將水合物層和游離 氣或水層進行分隔，以模擬實際海底或者凍土帶地層內天然氣水合物藏地質分層情況。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點本裝置可以實現對實際海底或者凍土帶 地層內天然氣水合物藏地質分層情況的模擬，通常實際天然氣水合物藏主要包括以下幾種 主要分類類型1-上蓋層、水合物層、水合物層下部游離氣層以及下蓋層；類型2-上蓋層、 水合物層、水合物層下部含水層以及下蓋層；類型3-上蓋層、水合物層以及下蓋層等。在實 驗室內模擬自然界實際水合物藏地質分層情況，需要在三維模型內部生成天然氣水合物， 采用不同的實驗方案來模擬相應類型的水合物藏。本裝置所采用的半滲透隔板層具有耐高 壓、耐腐蝕和耐高溫等特點，在高壓三維模型內的模擬腔內可自由拆卸，組裝，具體數量和 尺寸等可靈活選擇，針對不同類型的天然氣水合物藏地質分層情況可以方便地采用相應特 點的半滲透隔板層。附圖說明圖1為是本專利技術裝置剖面結構示意圖；圖2是本專利技術裝置頂部俯視圖；圖3是半滲透隔板層俯視圖；附圖標記說明1-三維模型，2-模擬腔，3-筒體，4-上法蘭，5-下法蘭，6_螺栓， 7_上端氣液口，8-下端氣液口，9-上蓋層，10-水合物層，11-游離氣或水層，12-下蓋層， 13-半滲透隔板層，14-半滲透隔板，15-不銹鋼平板。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術的內容做進一步詳細說明。實施例一形成類型1的天然氣水合物藏地質分層模型請參閱圖1到圖2所示，類型1的天然氣水合物藏的特點是地層中從上到下主要 分為上蓋層9、水合物層10、水合物層10下部游離氣層以及下蓋層12，上蓋層9和下蓋層12 均由低滲透的巖石組成，水合物層10和游離氣或水層11均含有沉積物。在三維模型1內 的模擬腔2中，將半滲透隔板層13置于水合物層10和水合物層11下部游離氣層之間，采 用只滲透氣體不滲透水的半滲透隔板層13，半滲透隔板層13上、下表面分別為水平表面或 中間高、兩邊低的弧狀表面。在天然氣水合物合成前，首先，通過上端氣液口 7向三維模型1 的模擬腔2內注入適量的溶液，由于固定于上法蘭4的上端氣液口 7延伸到上蓋層9和水合 物層10的交界面附近，故所注入的溶液在重力作用下流入到水合物層10當中。另外，由于 采用的只滲透氣體不滲透水的半滲透隔板層13，保證溶液僅存在于水合物層10，而未向下 滲入下部游離氣層。其次，通過下端氣液口 8向游離氣層注入一定量的天然氣到一定的壓 力，使氣體通過半滲透隔板層13的滲透充滿整個模擬腔2。最后，降低三維模型1的溫度進 行天然氣水合物的合成。經過足夠長的反應時間，三維模型1內的地質分層情況如下上蓋 層9和下蓋層12均由低滲透的巖石組成，水合物層10形成沉積物中的天然氣、水和水合物 三相，游離氣層只含有沉積物和天然氣，由此形成類型1的天然氣水合物藏地質分層模型。請參閱圖3所示，半滲透隔板層13為只滲透水不滲透氣體和只滲透氣體不滲透水 的兩種耐腐蝕的半滲透隔板層13，其耐壓范圍為5 40MPa，耐溫范圍為-30 300°C;半滲 透隔板層13由1 20個半滲透隔板14組成，每個半滲透隔板14表面積為0. 01 0. Im2。 半滲透隔板層13中每一個半本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置，其特征在于：包括有三維模型（１），該三維模型為耐壓范圍在５～４０Ｍｐａ、內腔容積５０～５００Ｌ的不銹鋼反應釜；所述三維模型（１）包括筒體（３）、分別置于筒體（３）上下的上法蘭（４）和下法蘭（５），所述筒體（３）、上法蘭（４）和下法蘭（５）之間的密封腔形成封閉的模擬腔（２）；上法蘭（４）和筒體（３）以及下法蘭（５）和筒體（３）之間分別通過多個螺栓（６）接連固定。

【技術特征摘要】
一種天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置，其特征在于包括有三維模型(1)，該三維模型為耐壓范圍在5～40Mpa、內腔容積50～500L的不銹鋼反應釜；所述三維模型(1)包括筒體(3)、分別置于筒體(3)上下的上法蘭(4)和下法蘭(5)，所述筒體(3)、上法蘭(4)和下法蘭(5)之間的密封腔形成封閉的模擬腔(2)；上法蘭(4)和筒體(3)以及下法蘭(5)和筒體(3)之間分別通過多個螺栓(6)接連固定。2.如權利要求1所述的天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置，其特征在于在模擬腔 (2)內部，包括有從上到下依次分布的上蓋層(9)、水合物層(10)、游離氣或水層(11)和下 蓋層(12)。3.如權利要求2所述的天然氣水合物地質分層模擬實驗裝置，其特征在于所述上蓋 層(9)和下蓋層(12)均由低滲透的巖石組成，水合物層(10)和游離氣或水層(11)均含有 沉積物；所述水合物層(10)與游離氣或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李小森，李剛，陳朝陽，張郁，
申請(專利權)人：中國科學院廣州能源研究所，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]