天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置及实验方法
【专利摘要】天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，包括工作台，其特征在于，所述工作台上设有液压升降机，实验模拟箱安装在液压升降机的下方，试样盛放箱通过抽拉方式安装在实验模拟箱的内部，所述液压升降机上安装有在实验模拟箱内做上下运动的液压活塞杆，压板安装在液压活塞杆的顶部，所述压板上安装有多裹层式实验回收管；本发明的有益效果：本发明通过的现实地质条件的模拟，可对天然气水合物开采过程中所使用的技术参数进行模拟，确定最优的开采参数，为实际工程提供技术参数支持，成本低，适合推广使用。
【专利说明】
天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置及实验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，属于海洋装备技术领域。
【背景技术】
[0002]天然气水合物是具有巨大能源前景的非传统能源，因其能量高、分布广、规模大和埋藏浅等特点，被公认为是21世纪的重要后续能源.另一方面天然气水合物中的甲烷是重要的温室效应气体，水合物的开发会对全球变化产生巨大的影响，而且天然气水合物的分解还会降低海底的稳定性，造成大规模的海底滑坡.因此天然气水合物正倍受世人关注，各国政府纷纷投入巨资展开天然气水合物的勘查与研究。
[0003]由于可燃冰在常温常压下不稳定，因此开采可燃冰的方法设想有:①热解法。②降压法。③二氧化碳置换法。热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。
[0004]如一申请号为CN105004837A公开了一种本发明提供一种天然气水合物沉积物多测量分析方法及集成系统，该方法包括通过温度与压力联合测量传感器测量天然气水合物沉积物样品同一点的温度T和压力P，根据天然气水合物的相平衡曲线，确定天然气水合物的合成状态;通过TDR测量单元根据天然气水合物合成过程中含水量的变化，实时地测量天然气水合物的合成饱和度;根据已知的天然气水合物和骨架自身的弹性模量，通过超声测量单元测量天然气水合物沉积物样品波速，获得天然气水合物沉积物的弹性模量，由此反演天然气水合物饱和度;根据已知天然气水合物的电阻和含一定盐度孔隙水自身的电阻，根据电阻测量单元测得的天然气水合物沉积物样品的电阻，反演天然气水合物饱和度和孔隙度。
[0005]又如一申请号为CN201749054U公开了一种本实用新型涉及一种实验装置，尤其涉及一种天然气水合物力学性能实验装置。本实用新型的天然气水合物力学性能实验测试装置，包括三轴仪，三轴仪设置在恒温装置内，三轴仪内设有反应室，反应室的顶端、底端分别连接注液系统;反应室的底端与围压系统连接。通过本装置系统对天然气水合物合成的实验和测定，可以得到含天然气水合物沉积物的力学参数，为天然气水合物的钻探和开采提供非常重要的基础参数。
[0006]天然气水合物藏的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条件，引起天然气水合物的分解。在天然气水合物藏的开采过程中如果不能有效地实现对温压条件的控制，就可能产生一系列环境问题，如温室效应的加剧、海洋生态的变化以及海底滑塌事件等。目前，还没有装置对天然气水合物进行开采时候的模拟实验装置。
【发明内容】
[0007]本发明克服了现有技术存在的问题，提出了一种道天然气水合物开发用天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，本发明通过的现实地质条件的模拟，可对天然气水合物开采过程中所使用的技术参数进行模拟，确定最优的开采参数，为实际工程提供技术参数支持。
[0008]本发明的具体技术方案如下:
天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，包括工作台，其特征在于，所述工作台上设有液压升降机，实验模拟箱安装在液压升降机的下方，
试样盛放箱通过抽拉方式安装在实验模拟箱的内部，所述液压升降机上安装有在实验模拟箱内做上下运动的液压活塞杆，压板安装在液压活塞杆的顶部，所述压板上安装有多裹层式实验回收管；
所述工作台的内部安装有压缩机和储液罐，所述压缩机通过管道顺次连接有冷凝器、热水生成箱、储液干燥剂、膨胀阀、冷却水生成箱、蒸发器，所述蒸发器与压缩机通过管路连接使压缩机与冷凝器、热水生成箱、储液干燥剂、膨胀阀、冷却水生成箱、蒸发器形成循环管路;所述冷却水生成箱和热水生成箱通过管路连接储液罐，冷却水生成箱和热水生成箱设有汇合管路与蒸汽生成供给装置连接有蒸汽管路并列布设与实验模拟箱底部。
[0009]优先地，所述工作台上设有显示屏、控制台和液压升降机控制器。
[0010]优先地，所述试样盛放箱上设有对箱体内部扫描的三维激光仪，所述三维激光仪通过数据线与显示屏连接。
[0011]优先地，所述试样盛放箱上还设有手柄和腔室观察屏。所述腔室观察屏材料为钢化玻璃。
[0012]基于上述装置，本发明还提供一种天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验方法，包括如下步骤，
1)为整个设备通电，使装有制冷剂的压缩机开始工作并形成高温高压的气体送入冷凝器，高温高压的气体进入冷凝器通过风扇散热，从冷凝器出来后形成高温高压的液态制冷剂；
2)液态制冷剂通过管路进入热水生成箱，不断地加热生成箱内的水产生高温高压液态制冷剂；
3)高温高压液态制冷剂通过管路经过储液干燥剂的过滤、干燥、过滤杂质后的通过膨胀阀之后压力和温度急剧下降，形成低温低压的液态制冷剂；
4)低温低压液态制冷剂通过管路进入冷却水生成箱，不断吸收带走热量，从而实现对冷却水生成箱中的水降温;流出的低温低压液态制冷剂通过蒸发器，蒸发成气体，再进入压缩机形成循环管路；
5)将海底岩层样品模型放入试样盛放箱内抽入实验模拟箱的内部；同时启动三维激光仪对样品进行初次扫描；
6)开始设定实验压力并通过液压活塞杆带动多裹层式实验回收管下降钻入样品内，同时通过汇合管路开始对样品模型注入热水，蒸汽生成供给装置通过蒸汽管路同时对样品模型注入蒸汽，使样品内的天然气水合物通过多裹层式实验回收管排出； 7)样品内的天然气水合物排出之后岩层开始变化，三维激光仪每隔2-5分钟扫描一次，并存储数据，并持续监控10-15小时；
8)收集实验参数，实验结束。
[0013]本发明的有益效果:本发明通过的现实地质条件的模拟，可对天然气水合物开采过程中所使用的技术参数进行模拟，确定最优的开采参数，为实际工程提供技术参数支持，成本低，适合推广使用。
【附图说明】
[0014]图1为本发明天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置的结构示意图；
图2为图1的进一步拆解不意图；
图3为工作台内部的的结构示意图；
图4为图3的进一步拆解不意图。
【具体实施方式】
[0015]如图所示，天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，包括工作台I，所述工作台I上设有液压升降机4，液压升降机4上设有液压紧急制动按钮5，实验模拟箱6安装在液压升降机4的下方。试样盛放箱3通过抽拉方式安装在实验模拟箱6的内部，试样盛放箱3上设有对箱体内部扫描的三维激光仪11，所述三维激光仪11通过数据线与显示屏7连接。试样盛放箱3上还设有手柄12和腔室观察屏12。所述腔室观察屏12材料为钢化玻璃。
[0016]液压升降机4上安装有在实验模拟箱6内做上下运动的液压活塞杆15，压板16安装在液压活塞杆15的顶部，所述压板16上安装有多裹层式实验回收管17。工作台I上设有显示屏7、控制台8和液压升降机控制器2。
[0017]工作台I的内部安装有压缩机27和储液罐20，所述压缩机27通过管道顺次连接有冷凝器30、热水生成箱21、储液干燥剂25、膨胀阀24、冷却水生成箱22、蒸发器22，所述蒸发器23与压缩机27通过管路连接使压缩机27与冷凝器30、热水生成箱21、储液干燥剂25、膨胀阀24、冷却水生成箱22、蒸发器23形成循环管路。冷凝器30上面设有风扇26散热。
[0018]所述冷却水生成箱22和热水生成箱21通过管路连接储液罐20，冷却水生成箱22和热水生成箱21设有汇合管路19与蒸汽生成供给装置9连接有蒸汽管路18并列布设与实验模拟箱6底部。汇合管路19可单独出热水，也可单独出冷水，同时还可以通过冷却水生成箱22和热水生成箱21共同出水进行混合调整水温。
[0019]基于上述装置，本发明还提供一种天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验方法，包括如下步骤，
1)为整个设备通电，使装有制冷剂的压缩机27开始工作并形成高温高压的气体送入冷凝器30，高温高压的气体进入冷凝器30通过风扇26散热，从冷凝器30出来后形成高温高压的液态制冷剂；
2)液态制冷剂通过管路进入热水生成箱21，不断地加热生成箱21内的水产生高温高压液态制冷剂；
3)高温高压液态制冷剂通过管路经过储液干燥剂25的过滤、干燥、过滤杂质后的通过膨胀阀24之后压力和温度急剧下降，形成低温低压的液态制冷剂； 4)低温低压液态制冷剂通过管路进入冷却水生成箱22，不断吸收带走热量，从而实现对冷却水生成箱22中的水降温;流出的低温低压液态制冷剂通过蒸发器23，蒸发成气体，再进入压缩机27形成循环管路；
5)将海底岩层样品模型放入试样盛放箱3内抽入实验模拟箱6的内部；同时启动三维激光仪11对样品进行初次扫描；
6)开始设定实验压力并通过液压活塞杆15带动多裹层式实验回收管17下降钻入样品内，同时通过汇合管路19开始对样品模型注入热水，蒸汽生成供给装置9通过蒸汽管路18同时对样品模型注入蒸汽，使样品内的天然气水合物通过多裹层式实验回收管17排出；
7)样品内的天然气水合物排出之后岩层开始变化，三维激光仪11每隔2-5分钟扫描一次，并存储数据，并持续监控10-15小时。
[0020]8)收集实验参数，实验结束。
[0021]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，包括工作台(I)，其特征在于，所述工作台(1)上设有液压升降机(4)，实验模拟箱(6)安装在液压升降机(4)的下方， 试样盛放箱(3)通过抽拉方式安装在实验模拟箱(6)的内部，所述液压升降机(4)上安装有在实验模拟箱(6)内做上下运动的液压活塞杆(15)，压板(16)安装在液压活塞杆(15)的顶部，所述压板(16)上安装有多裹层式实验回收管(17); 所述工作台(1)的内部安装有压缩机(27)和储液罐(20)，所述压缩机(27)通过管道顺次连接有冷凝器(30 )、热水生成箱(21)、储液干燥剂(25 )、膨胀阀(24)、冷却水生成箱(22 )、蒸发器(22)，所述蒸发器(23)与压缩机(27)通过管路连接使压缩机(27)与冷凝器(30)、热水生成箱(21)、储液干燥剂(25)、膨胀阀(24)、冷却水生成箱(22)、蒸发器(23)形成循环管路；所述冷却水生成箱(22)和热水生成箱(21)通过管路连接储液罐(20)，冷却水生成箱(22)和热水生成箱(21)设有汇合管路(19)与蒸汽生成供给装置(9)连接有蒸汽管路(18)并列布设与实验模拟箱(6)底部。2.如权利要求1所述的天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，其特征在于，所述工作台(1)上设有显示屏(7)、控制台(8)和液压升降机控制器(2)。3.如权利要求1所述的天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，其特征在于，所述试样盛放箱(3)上设有对箱体内部扫描的三维激光仪(11)，所述三维激光仪(11)通过数据线与显示屏(7)连接。4.如权利要求1-3中任意一项所述的天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，其特征在于，所述试样盛放箱(3)上还设有手柄(12)和腔室观察屏(12)。5.如权利要求4所述的天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验装置，其特征在于，所述腔室观察屏(12)材料为钢化玻璃。6.天然气水合物开发海底岩层变形模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤， .1)为整个设备通电，使装有制冷剂的压缩机(27)开始工作并形成高温高压的气体送入冷凝器(30)，高温高压的气体进入冷凝器(30)通过风扇(26)散热，从冷凝器(30)出来后形成高温高压的液态制冷剂； . 2)液态制冷剂通过管路进入热水生成箱(21)，不断地加热生成箱(21)内的水产生高温高压液态制冷剂； .3)高温高压液态制冷剂通过管路经过储液干燥剂(25)的过滤、干燥、过滤杂质后的通过膨胀阀(24)之后压力和温度急剧下降，形成低温低压的液态制冷剂； .4)低温低压液态制冷剂通过管路进入冷却水生成箱(22)，不断吸收带走热量，从而实现对冷却水生成箱(22)中的水降温;流出的低温低压液态制冷剂通过蒸发器(23)，蒸发成气体，再进入压缩机(27)形成循环管路； . 5 )将海底岩层样品模型放入试样盛放箱(3 )内抽入实验模拟箱(6 )的内部；同时启动三维激光仪(11)对样品进行初次扫描； . 6)开始设定实验压力并通过液压活塞杆(15)带动多裹层式实验回收管(17)下降钻入样品内，同时通过汇合管路(19)开始对样品模型注入热水，蒸汽生成供给装置(9)通过蒸汽管路(18)同时对样品模型注入蒸汽，使样品内的天然气水合物通过多裹层式实验回收管(17)排出; .7)样品内的天然气水合物排出之后岩层开始变化，三维激光仪(11)每隔2-5分钟扫描一次，并存储数据，并持续监控10-15小时； .8)收集实验参数，实验结束。
【文档编号】E21B49/00GK106089193SQ201610521688
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】高琴
【申请人】高琴