天然气水合物三维多井联合开采实验装置及其实验方法

1.一种天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，包括三维高压反应釜、进口控制单元、出口控制单元、数据处理单元；
所述三维高压反应釜分别与进口控制单元、出口控制单元、数据处理单元连接；所述进口控制单元、出口控制单元内的感应元件均通过信号线和数据线与数据处理单元连接；
三维高压反应釜内为密封的模拟腔，模拟腔内填充有多孔介质，用于模拟海底环境，并在模拟腔中布置用于模拟开采的井网；
进口控制单元用于向三维高压反应釜内输入水、天然气，并控制输入的天然气的压力；
出口控制单元用于控制模拟开采之后的天然气、水的输出压力；
数据处理单元用于采集和处理各感应元件的感应信号；
其中，所述三维高压反应釜上设有若干伸入模拟腔内部的井，包括一个中心垂直井和若干垂直旁侧井；将模拟腔沿垂直方向分为n个水平层面，各垂直井管分别伸入至模拟腔内的不同深度的水平层面上。
2.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，所述三维高压反应釜中布置用以监控开采过程变化的压力传感器和温度传感器；所述高压反应釜置于恒温室中，用以保持恒定的温度；
所述进口控制单元内包括依次连接的溶液罐、注液泵、加热罐，及依次连接的气源装置、气体流量计；溶液依次经由溶液罐、注液泵、和加热罐注入三维高压反应釜；气体经由气源装置和气体流量计注入三维高压反应釜；
所述出口控制单元包括电子天平、及依次连接的回压阀、气液分离器、气体流量计，所述电子天平连接至气液分离器；天然气和水经由回压阀流出，通过气液分离器，分为分解气和分解水，分解气由气体流量计计量，分解水由电子天平计量。
3.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，所述三维高压反应釜包括釜体和釜体盖板，釜体盖板与釜体之间固定密封；釜体与釜体盖板之间的密封腔构成所述模拟腔，釜体的内壁为平面壁面，构成不渗透直线边界，釜体的四周上设置有绝热层。
4.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，伸入模拟腔内部设置的垂直井为5组或9组；
当设置为5组时，其中4组作为垂直旁侧井、分别为第一垂直旁侧井(V1)，第三垂直旁侧井(V3)，第七垂直旁侧井(V7)和第九垂直旁侧井(V9)，另一组作为中心垂直井，为垂直中心井(V5)；
当设置为9组时，其中8组作为垂直旁侧井，分别为第一垂直旁侧井(V1)、第二垂直旁侧井(V2)、第三垂直旁侧井(V3)、第四垂直旁侧井(V4)、第六垂直旁侧井(V6)、第七垂直旁侧井(V7)、第八垂直旁侧井(V8)和第九垂直旁侧井(V9)，另一组垂直中心井(V5)作为中心垂直井；
其中4组或8组垂直旁侧井呈正方形分布，并紧贴模拟腔内壁面，而作为垂直中心井的另一组，设在垂直旁侧井的正中央，即模拟腔垂直方向上的中心。
5.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，所述垂直中心井伸入至最底层水平层，垂直旁侧井伸入至最顶层水平层。
6.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，每根井管上均匀刻槽4条，长度与水平层的厚度相同，用以模拟垂直井射孔。
7.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，所述釜体的外壁为正方体或圆柱体，模拟腔为正方体。
8.根据权利要求1所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置，其特征在于，所述三维高压反应釜的耐压范围为0～40MPa；所述模拟腔的体积为0.1L～500L。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述天然气水合物三维多井联合开采实验装置的三维模拟实验方法，其特征在于，包括步骤：
通过调节恒温室温度控制部分的温度以设定实验环境温度；
通过进口控制单元向三维高压反应釜内注入天然气和水，控制压力，模拟天然气水合物的生成过程；
当天然气水合物生成完成后，通过控制进口控制单元与出口控制单元，模拟天然气水合物的开采过程；
通过出口控制单元控制模拟开采之后的天然气、水的输出压力；
并通过数据处理单元采集和处理各感应元件的感应信号，
其中，模拟开采之前的溶液依次经由进口控制单元的溶液罐、注液泵、和加热罐注入三维高压反应釜；气体经由进口控制单元的气源装置和气体流量计注入三维高压反应釜；
模拟开采之后的天然气和水经由回压阀流出，通过气液分离器，分为分解气和分解水，分解气由气体流量计计量，分解水由电子天平计量。
10.根据权利要求9所述的天然气水合物三维多井联合开采实验装置的三维模拟实验方法，其特征在于，当实验需要模拟五点法井网时，打开垂直旁侧井的第一垂直旁侧井(V1)，第三垂直旁侧井(V3)，第七垂直旁侧井(V7)和第九垂直旁侧井(V9)的井口作为采出井，以垂直中心井(V5)作为注入井；
当实验需要模拟七点法井网时，打开垂直旁侧井的第一垂直旁侧井(V1)、第二垂直旁侧井(V2)、第三垂直旁侧井(V3)、第七垂直旁侧井(V7)、第八垂直旁侧井(V8)和第九垂直旁侧井(V9)的井口作为采出井，以垂直中心井(V5)作为注入井；
当实验需要模拟九点法井网时，打开垂直旁侧井的第一垂直旁侧井(V1)、第二垂直旁侧井(V2)、第三垂直旁侧井(V3)、第四垂直旁侧井(V4)、第六垂直旁侧井(V6)、第七垂直旁侧井(V7)、第八垂直旁侧井(V8)和第九垂直旁侧井(V9)的井口作为采出井，以垂直中心井(V5)作为注入井。

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