双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法

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双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工\n作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种天然气水合物开发领域的方法，特别是双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法。\n背景技术\n[0002] 天然气水合物是由水和甲烷等小分子气体组成的可燃固体。在常规能源日益紧缺的今天，天然气水合物作为一种相对清洁而且储量巨大的新型能源而备受关注。\n[0003] 现阶段，天然气水合物的开采方法主要为传统开采方法，如热激发开采法、降压开采法、化学剂注入开采法以CO2置换开采法等。其中热激发开采方法主要向储层中注入热水、蒸汽等热流体，其热利用效率通常较低且不易控制；化学剂注入开采法所采用的化学剂费用昂贵，开采速度缓慢，回采气体比较困难，还会带来一些环境污染问题；CO2置换开采法需要有稳定的CO2气源，其应用也较为局限。利用电加热开采天然气水合物，可将电能转化为开发天然气水合物藏的热能，其设备简单，能量利用率高，受到越来越多的关注。但目前尚没有一种实验室模拟电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法，严重制约了天然气水合物藏开发的研究进展\n发明内容\n[0004] 针对以上的技术不足，本发明提供一种双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法。\n[0005] 本发明的技术方案如下：\n[0006] 双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于包括注气系统、电力系统、天然气水合物反应系统、数据监测处理系统、气液分离计量系统。所述注气系统由天然气气瓶(1)、减压阀(2)、气体质量流量计(3)、压力表(4)及二通阀(5)组成，天然气气瓶(1)依次通过减压阀(2)、气体质量流量计(3)、压力表(4)和二通阀(5)与高压反应釜(6)相连，气体质量流量计(3)与计算机(32)相连；电力系统主要由电源(13)、输入电缆(14)、输出电缆(15)、输入电极(11)、输出电极(10)组成，电源(13)通过输入电缆(14)与输入电极(11)连接，输出电极(10)通过输出电缆(15)与电源(13)相连，输入电极(11)置于下部水平钢制导管(8)中，输出电极(10)置于上部水平钢制导管(9)中；天然气水合物反应系统由高压反应釜(6)、恒温容器(12)、上部水平钢制导管(9)、下部水平钢制导管(8)、十二烷基硫酸钠溶液槽(16)、平流泵(17)、二通阀(18)、二通阀(19)以及回收槽(20)组成，高压反应釜(6)置于恒温容器(12)中，上部水平钢制导管(9)置于距高压反应釜(6)顶端10～20cm处，下部水平钢制导管(8)置于距高压反应釜(6)底端10～20cm处，十二烷基硫酸钠溶液槽(16)通过平流泵(17)和二通阀(18)与高压反应釜(6)相连，回收槽(20)通过二通阀(19)与高压反应釜(6)相连；数据监测处理系统由TDR探针(7)、数据采集装置(31)以及计算机(32)组成，TDR探针(7)置于高压反应釜(6)中监测天然气水合物饱和度的变化，TDR探针(7)通过数据采集装置(31)与计算机(32)相连；气液分离计量系统由二通阀(21)、二通阀(22)、减压阀(23)、手摇泵(24)、分离器(25)、二通阀(26)、气体质量流量计(27)、天然气收集瓶(28)、二通阀(29)、量筒(30)组成，手摇泵(24)与减压阀(23)相连，减压阀(23)通过二通阀(22)、二通阀(21)与高压反应釜(6)相连，分离器(25) 通过二通阀(26)和气体质量流量计(27)与天然气收集瓶(28)相连，气体质量流量计(27)与计算机(32)相连，量筒(30)通过二通阀(29)与分离器(25)相连。\n[0007] 本发明中，所述天然气水合物反应系统中上部水平钢制导管(9)和下部水平钢制导管(8)的壁面均匀分布有孔眼20～30个；所述电力系统输入电极(11)与下部水平钢质导管(8)接触，输出电极(10)与上部水平钢质导管(9)接触；所述数据监测处理系统中，将9～\n18根TDR探针(7)置高压反应釜(6)的中，用于监测天然气水合物饱和度的变化。\n[0008] 一种利用上述装置模拟双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法，包括步骤如下：\n[0009] (1)模拟天然气水合物生成的天然沉积环境：将粒度为0.09～0.26mm的石英砂紧密地填在高压反应釜(6)中；\n[0010] (2)打开二通阀(18)和二通阀(19)，将平流泵(17)以0.1～1mL/min的速度向高压反应釜(6)中注入十二烷基硫酸钠溶液，二通阀(19)所在的管线有溶液流出后继续注入30～60min；\n[0011] (3)关闭平流泵(17)、二通阀(18)和二通阀(19)，打开二通阀(5)和减压阀(2)，控制注入天然气压力为10～12MPa，利用天然气气瓶(1)向高压反应釜(6)中注入纯度为\n99.99％的天然气；待压力表(4)示数稳定后，调节恒温容器(12)内的温度为0～3℃，同时调节减压阀(2)使高压反应釜(6)内压力恒定；通过气体质量流量计(3)和计算机(32)读取注入高压反应釜(6)的天然气质量m，当气体质量流量计(3)的示数小于0.0001g/min时，关闭减压阀(3)和二通阀(5)，静置高压反应釜(6)3～7天，并通过TDR探针(7)、数据采集装置(31)和计算机(32)监测天然气水合物饱和度的变化；\n[0012] (4)打开回压阀(23)、二通阀(22)、、二通阀(21)、二通阀(26)以及二通阀(29)，控制手摇泵(24)，调节回压阀(23)压力为3～6MPa，模拟天然气水合物的降压开采；\n[0013] (5)当气体质量流量计(27)所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，打开电源(13)，开始模拟双水平井电加热开采天然气水合物；\n[0014] (6)当气体质量流量计(27)所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，天然气水合物开采结束，读取产出气体总质量m1；\n[0015] (7)计算天然气水合物的采收率：\n[0016]\n[0017] 本发明的优点是可以模拟天然气水合物沉积条件下的生成、天然气水合物降压开采以及双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的过程，其装置简单，操作方便，为天然气水合物藏的开发提供模拟工具和方法。\n附图说明\n[0018] 图1为本发明所述实验装置的结构示意图。\n[0019] 其中，1、天然气气瓶；2、减压阀；3、气体质量流量计；4、压力表；5二通阀；6、高压反应釜；7、TDR探针；8、下部水平钢制导管；9、上部水平钢制导管；10、输出电极；11、输入电极；\n12、恒温容器；13、电源；14、输入电缆；15、输出电缆；16、十二烷基硫酸钠溶液槽；17、平流泵；18、二通阀；19、二通阀；20、回收槽；21、二通阀；22、二通阀；23、回压阀；24、手摇泵；25、分离器；26、二通阀；27、气体质量流量计；28、天然气收集瓶；29、二通阀；30、量筒；31、数据采集装置；32、计算机。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但是不限于此。\n[0021] 实施例一\n[0022] 如图1所示\n[0023] 双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置，其特征在于包括注气系统、电力系统、天然气水合物反应系统、数据监测处理系统、气液分离计量系统。所述注气系统由天然气气瓶(1)、减压阀(2)、气体质量流量计(3)、压力表(4)及二通阀(5)组成，天然气气瓶(1)依次通过减压阀(2)、气体质量流量计(3)、压力表(4)和二通阀(5)与高压反应釜(6)相连，气体质量流量计(3)与计算机(32)相连；电力系统主要由电源(13)、输入电缆(14)、输出电缆(15)、输入电极(11)、输出电极(10)组成，电源(13)通过输入电缆(14)与输入电极(11)连接，输出电极(10)通过输出电缆(15)与电源(13)相连，输入电极(11)置于下部水平钢制导管(8)中，输出电极(10)置于上部水平钢制导管(9)中；天然气水合物反应系统由高压反应釜(6)、恒温容器(12)、上部水平钢制导管(9)、下部水平钢制导管(8)、十二烷基硫酸钠溶液槽(16)、平流泵(17)、二通阀(18)、二通阀(19)以及回收槽(20)组成，高压反应釜(6)置于恒温容器(12)中，上部水平钢制导管(9)置于距高压反应釜(6)顶端10～20cm处，下部水平钢制导管(8)置于距高压反应釜(6)底端10～20cm处，十二烷基硫酸钠溶液槽(16)通过平流泵(17)和二通阀(18)与高压反应釜(6)相连，回收槽(20)通过二通阀(19)与高压反应釜(6)相连；数据监测处理系统由TDR探针(7)、数据采集装置(31)以及计算机(32)组成，TDR探针(7)置于高压反应釜(6)中监测天然气水合物饱和度的变化，TDR探针(7)通过数据采集装置(31)与计算机(32)相连；气液分离计量系统由二通阀(21)、二通阀(22)、减压阀(23)、手摇泵(24)、分离器(25)、二通阀(26)、气体质量流量计(27)、天然气收集瓶(28)、二通阀(29)、量筒(30)组成，手摇泵(24)与减压阀(23)相连，减压阀(23)通过二通阀(22)、二通阀(21)与高压反应釜(6)相连，分离器(25)通过二通阀(26)和气体质量流量计(27)与天然气收集瓶(28)相连，气体质量流量计(27)与计算机(32)相连，量筒(30)通过二通阀(29)与分离器(25)相连。\n[0024] 本发明中，所述天然气水合物反应系统中上部水平钢制导管(9)和下部水平钢制导管(8)的壁面均匀分布有孔眼25个；所述电力系统输入电极(11)与下部水平钢质导管(8)接触，输出电极(10)与上部水平钢质导管(9)接触；所述数据监测处理系统中，将16根TDR探针(7)置高压反应釜(6)的中，用于监测天然气水合物饱和度的变化。\n[0025] 实施例二、\n[0026] 一种利用上述装置模拟双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的工作方法，包括步骤如下：\n[0027] (1)模拟天然气水合物生成的天然沉积环境：将粒度为0.13～0.20mm的石英砂紧密地填在高压反应釜(6)中；\n[0028] (2)打开二通阀(18)和二通阀(19)，将平流泵(17)以0.5mL/min的速度向高压反应釜(6)中注入十二烷基硫酸钠溶液，二通阀(19)所在的管线有溶液流出后继续注入30min；\n[0029] (3)关闭平流泵(17)、二通阀(18)和二通阀(19)，打开二通阀(5)和减压阀(2)，控制注入天然气压力为11MPa，利用天然气气瓶(1)向高压反应釜(6)中注入纯度为99.99％的天然气；待压力表(4)示数稳定后，调节恒温容器(12)内的温度为1℃，同时调节减压阀(2)使高压反应釜(6)内压力 恒定；当气体质量流量计(3)的示数小于0.0001g/min时，通过气体质量流量计(3)和计算机(32)读取注入高压反应釜(6)的天然气质量m＝0.1560g；关闭减压阀(3)和二通阀(5)，静置高压反应釜(6)5天，并通过TDR探针(7)、数据采集装置(31)和计算机(32)监测天然气水合物饱和度的变化；\n[0030] (4)打开回压阀(23)、二通阀(22)、、二通阀(21)、二通阀(26)以及二通阀(29)，控制手摇泵(24)，调节回压阀(23)压力为4MPa，模拟天然气水合物的降压开采；\n[0031] (5)当气体质量流量计(27)所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，打开电源(13)，开始模拟双水平井电加热开采天然气水合物；\n[0032] (6)当气体质量流量计(27)所示产出气体质量流量小于0.0001g/min时，天然气水合物开采结束，读取产出气体总质量m1＝0.1055g；\n[0033] (7)计算天然气水合物的采收率：\n[0034] 。