CN111707800B - 一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置及方法。该装置包括带下伏气藏岩心夹持器、底座、柱塞泵、注气泵、背压阀、气液分离器、质量天平、集气罐、水槽、水浴、电脑、温度传感器和压力传感器。所述带下伏气藏岩心夹持器包括围压和覆压腔、水合物腔、下伏气藏腔，置于通过水浴控温的水槽内；所述水合物腔底部通过防水透气层与下伏气藏腔分离；所述水合物腔顶部依次连接背压阀、气液分离器、集气罐；所述下伏气藏腔底部与注气泵连接，所述围压和覆压腔顶部与柱塞泵连接。利用上述一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，可重塑带下伏气藏的水合物样品，并实现水合物与下伏气藏的降压联采。
Description
技术领域
本发明属于能源开采技术工程领域，具体涉及一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置及方法。
背景技术
天然气水合物广泛储存于自然界的大陆边缘海底和永久冻土带沉积物中，具有储量大、分布广、埋藏浅、能量密度高和燃烧清洁的特性，被认为是未来最有应用前景的战略资源之一。虽然中日美加等国已在冻土区和海洋中进行了多次成功的水合物试采，但开采效率、持续产气时间、产气总量等都未能达到水合物的商业化开采水平。开采水合物资源的常用方法包括降压法、注热法和注抑制剂法，相对而言降压法经济性好、适用性强，是目前应用最广的开采方法。但是降压开采也存在效率低、水合物二次生成和冰生成堵塞管道等问题，因此实现水合物的安全、高效、经济开采仍然有许多瓶颈需要突破。亟需在实验室中继续开展水合物开采模拟实验，为水合物的现场试采提供借鉴和指导。
从目前发现的天然气水合物样品分析结果来看，自然界中的天然气水合物储层下方均有自由气和浅层气藏。而且，在天然气水合物储层附近还常伴有常规气田。因此，将下伏气藏同样作为研究对象实现水合物藏和气藏的联采，既能最大程度的进行能源开采，又能降低气藏对天然气水合物开采时存在的潜在危险和环境破坏。而如何实现水合物与下伏气藏的联采，水合物与气藏联采的产气产水特征等方面的研究几乎未见相关报道。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置及方法，能够重塑带下伏气藏的水合物样品，并实现水合物与下伏气藏的降压联采。
本发明的技术方案：
一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，包括带下伏气藏岩心夹持器1、底座2、柱塞泵5、注气泵4、背压阀6、气液分离器7、质量天平8、集气罐9、水槽3、水浴10、电脑20、温度传感器28和压力传感器；
所述带下伏气藏岩心夹持器1包括顶盖21、金属套22、顶塞23、套筒24、水合物腔25、底塞26、底盖27、温度传感器28、下伏气藏腔29、防水透气层30、伸缩管31、围压和覆压腔32和密封圈33；带下伏气藏岩心夹持器1置于通过水浴10控温的水槽3内；
顶盖21、金属套22和底盖27构成带下伏气藏岩心夹持器1的外壳，内部空间即为围压和覆压腔32，顶盖21和金属套22之间设置有密封圈33；水合物腔25和下伏气藏腔29由套筒24围成，套筒24置于围压和覆压腔32内；水合物腔25底部通过防水透气层30与下伏气藏腔29分离，以保证下伏气藏腔29和水合物腔25之间的气体连通性；水合物腔25顶部设有顶塞23，并依次连接有背压阀6、气液分离器7和集气罐9；气液分离器7放置于质量天平8上；下伏气藏腔29底部设有底塞26，其与注气泵4连接；围压和覆压腔32顶部与柱塞泵5连接；
所述下伏气藏腔29、水合物腔25和围压和覆压腔32都连接有压力传感器；下伏气藏腔29底部安装有温度传感器28。
所述防水透气层30是可拆卸式的，便于更换或清洗。
所述顶塞23上连接的是伸缩管31，便于实现同时施加围压和覆压。
所述顶塞23是可以上下移动的，以控制水合物腔25的高度。
一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，包括以下步骤：
(1)将沉积物和水混合，然后制成与水合物腔25同尺寸的岩心，将岩心放置于水合物腔25中；
(2)安装设备并连接管路，水浴10控温稳定后检漏；
(3)用柱塞泵5向围压和覆压腔32注入围压和覆压液体，同时用注气泵4向下伏气藏腔29注入气体至所需压力以合成含水合物沉积物样品；
(4)完成水合物样品合成后将背压阀6设置为开采压力，打开质量天平8、背压阀6和第三阀门17，实现水合物与气藏的降压联采；
(5)利用气液分离器7和质量天平8获得实时产水量，集气罐9收集产出的气体。
步骤(3)和(4)中，在水合物生成和开采过程中要控制围压和覆压始终高于气藏压力。
步骤(3)，在生成水合物样品过程中通过注气泵4的注气量可推算水合物饱和度。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，能在带下伏气藏岩心夹持器中重塑带气藏的含水合物沉积物样品，下伏气藏在水合物生成过程中能及时补充沉积物岩心中生成水合物所消耗的气体，从而提高水合物饱和度；在降压开采过程中，下伏气藏能减缓压力降低的速率，并为水合物的分解吸热提供能量，从而抑制水合物分解过程常见的水合物二次生成和冰生成的现象。该装置能够同时为样品提供围压和覆压，以尽可能还原水合物在自然界的赋存环境，且操作简单，方便可行。
(2)本发明一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，可以重塑带气藏的高饱和度的水合物样品，并实现水合物与下伏气藏的降压联采。该下伏气藏水合物储层降压开采模拟方法，能够得到开采过程中的产气量和产水量，从而推算得到开采时间、开采效率等参数，这将为水合物与气藏降压联采的商业化提供借鉴和指导。
附图说明
图1为下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置；
图2为带下伏气藏岩心夹持器的剖面图。
图中：1带下伏气藏岩心夹持器；2底座；3水槽；4注气泵；5柱塞泵；6背压阀；7气液分离器；8质量天平；9集气罐；10水浴；11第一压力传感器；12第二压力传感器；13第三压力传感器；14第四压力传感器；15第一阀门；16第二阀门；17第三阀门；18第四阀门；19第五阀门；20电脑；21顶盖；22金属套；23顶塞；24套筒；25水合物腔；26底塞；27底盖；28温度传感器；29下伏气藏腔；30防水透气层；31伸缩管；32围压和覆压腔；33密封圈。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图叙述本发明的具体实施方式。
实施例一，参考图1和图2，本实施例提出了一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，包括带下伏气藏岩心夹持器1、底座2、柱塞泵5、注气泵4、背压阀6、气液分离器7、质量天平8、集气罐9、水槽3、水浴10、电脑20、温度传感器28和压力传感器。
所述带下伏气藏岩心夹持器1包括围压和覆压腔32、水合物腔25、下伏气藏腔29，置于通过水浴10控温的水槽3内；所述水合物腔25底部通过防水透气层30与下伏气藏腔29分离；所述水合物腔25顶部依次连接有背压阀6、气液分离器7、集气罐9；所述气液分离器7放置于质量天平8上；所述下伏气藏腔29底部与注气泵4连接；所述围压和覆压腔32顶部与柱塞泵5连接。
所述下伏气藏腔29、水合物腔25、围压和覆压腔32都连接有压力传感器；下伏气藏腔29底部安装有温度传感器28。
所述下伏气藏腔29和水合物腔25之间设置有防水透气层30，以保证下伏气藏腔29和水合物腔25之间的气体连通性；所述防水透气层30是可拆卸式的，便于更换或清洗。
所述顶塞23上连接的是伸缩管31，便于实现同时施加围压和覆压。
所述顶塞23是可以上下移动的，以控制水合物腔25的高度。
实施例二，本实施例提出一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，结合图1描述，具体步骤如下：
(1)将一定比例的沉积物和水混合，然后制成与水合物腔25同尺寸的岩心，
将岩心放置于水合物腔25中；
(2)安装设备并连接管路，水浴10控温稳定后检漏；
(3)用柱塞泵5向围压和覆压腔32注入围压和覆压液体，同时用注气泵4向下伏气藏腔29注入气体至所需压力以合成含水合物沉积物样品；
(4)完成水合物样品合成后将背压阀6设置为开采压力，打开质量天平8、背压阀6和阀门17，实现水合物与气藏的降压联采；
(5)利用气液分离器7和质量天平8获得实时产水量，集气罐9收集产出的气体。
所述步骤(3)和(4)，在水合物生成和开采过程中要控制围压和覆压始终高于气藏压力。
所述步骤(3)，在生成水合物样品过程中通过注气泵4的注气量可推算水合物饱和度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，其特征在于，该下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置包括带下伏气藏岩心夹持器(1)、底座(2)、柱塞泵(5)、注气泵(4)、背压阀(6)、气液分离器(7)、质量天平(8)、集气罐(9)、水槽(3)、水浴(10)、电脑(20)、温度传感器(28)和压力传感器；
所述带下伏气藏岩心夹持器(1)包括顶盖(21)、金属套(22)、顶塞(23)、套筒(24)、水合物腔(25)、底塞(26)、底盖(27)、温度传感器(28)、下伏气藏腔(29)、防水透气层(30)、伸缩管(31)、围压和覆压腔(32)和密封圈(33)；带下伏气藏岩心夹持器(1)置于通过水浴(10)控温的水槽(3)内；顶盖(21)、金属套(22)和底盖(27)构成带下伏气藏岩心夹持器(1)的外壳，内部空间即为围压和覆压腔(32)，顶盖(21)和金属套(22)之间设置有密封圈(33)；水合物腔(25)和下伏气藏腔(29)由套筒(24)围成，套筒(24)置于围压和覆压腔(32)内；水合物腔(25)底部通过防水透气层(30)与下伏气藏腔(29)分离，以保证下伏气藏腔(29)和水合物腔(25)之间的气体连通性；水合物腔(25)顶部设有顶塞(23)，并依次连接有背压阀(6)、气液分离器(7)和集气罐(9)；其中，顶塞(23)是可上下移动的，以控制水合物腔(25)的高度；气液分离器(7)放置于质量天平(8)上；下伏气藏腔(29)底部设有底塞(26)，其与注气泵(4)连接；围压和覆压腔(32)顶部与柱塞泵(5)连接；顶塞(23)上连接的是伸缩管(31)，便于实现同时施加围压和覆压；
所述下伏气藏腔(29)、水合物腔(25)和围压和覆压腔(32)都连接有压力传感器；下伏气藏腔(29)底部安装有温度传感器(28)。
2.根据权利要求1所述的下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置，其特征在于，所述防水透气层(30)是可拆卸式的，便于更换或清洗。
3.一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置实现，包括以下步骤：
(1)将沉积物和水混合，然后制成与水合物腔(25)同尺寸的岩心，将岩心放置于水合物腔(25)中；
(2)安装设备并连接管路，水浴(10)控温稳定后检漏；
(3)用柱塞泵(5)向围压和覆压腔(32)注入围压和覆压液体，同时用注气泵(4)向下伏气藏腔(29)注入气体至所需压力以合成含水合物沉积物样品；
(4)完成水合物样品合成后将背压阀(6)设置为开采压力，打开质量天平(8)、背压阀(6)和第三阀门(17)，实现水合物与气藏的降压联采；
(5)利用气液分离器(7)和质量天平(8)获得实时产水量，集气罐(9)收集产出的气体。
4.根据权利要求3所述的下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中，在水合物生成和开采过程中要控制围压和覆压始终高于气藏压力。
5.根据权利要求3或4所述的下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟方法，其特征在于，步骤(3)，在生成水合物样品过程中通过注气泵(4)的注气量可推算水合物饱和度。
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