本技術(shù)涉及天然氣水合物開采領(lǐng)域，特別是涉及一種天然氣水合物多氣合采實驗裝置。

背景技術(shù)：

1、天然氣水合物是一種冰狀固體結(jié)晶物質(zhì)，形成于低溫、高壓環(huán)境下，其中，水分子通過氫鍵相互連接，形成籠狀結(jié)構(gòu)，將以甲烷(ch4)為主要成分的分子包裹在其中，并通過范德華力保持穩(wěn)定。

2、天然氣水合物廣泛分布于自然環(huán)境中，主要存在于陸域的凍土和海域的大陸架邊緣淺層沉積物中，其具有能量密度高、儲量大、污染少且分布廣泛的特點，因而被視為具有極高商業(yè)開采價值的資源。據(jù)估算，全球天然氣水合物儲量約為3000萬億立方米，被認(rèn)為是未來潛在的清潔能源替代品。目前被認(rèn)為是最有希望的天然氣回收目標(biāo)的水合物礦賦存類型有以下4類：1類天然氣水合物礦藏由兩層組成：下部的自由氣體的兩相流體區(qū)(即下伏氣層)以及上部的含天然氣水合物層；2類天然氣水合物礦藏包括兩個區(qū)域：上部的含水上覆層及下部的含天然氣水合物層；3類天然氣水合物礦藏由單個含天然氣水合物層組成，其上部和下部地層內(nèi)不包含可自由流動的流體；4類天然氣水合物礦藏的特點是不存在1-3類典型的含水上覆層和下伏氣層。其中1類天然氣水合物礦藏廣泛分布于海域天然氣水合物賦存區(qū)域，其中包括我國南海地區(qū)，開采潛力巨大。

3、天然氣水合物的開采過程涉及擾動儲層穩(wěn)定狀態(tài)、破壞水合物熱力學(xué)平衡，以誘導(dǎo)水合物分解，從而釋放并回收天然氣?，F(xiàn)有的開采技術(shù)包括降壓法、注熱法、注入抑制劑法和二氧化碳(co2)置換法等。到目前為止，中國在南海神狐海域?qū)?類天然氣水合物礦藏進(jìn)行了試采，實現(xiàn)了為期30天的連續(xù)產(chǎn)氣，驗證了1類天然氣水合物礦藏開發(fā)的可行性。

4、然而，當(dāng)前天然氣水合物試采距離長期穩(wěn)定的商業(yè)化開采仍存在一定差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)氣率低、過量產(chǎn)水、出砂、地層沉降等不利的生產(chǎn)現(xiàn)象。這主要是由于目前對1類天然氣水合物礦藏即天然氣水合物-下伏氣儲層賦存體系多氣合采的認(rèn)識有限，多氣合采工程中氣、水產(chǎn)出行為及氣、水回收率的主控因素上不明晰。因此還原天然氣水合物-下伏氣儲層賦存體系、研究多氣合采過程中氣水產(chǎn)出機(jī)理及控制因素對保證安全高效開采至關(guān)重要。然而，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)試驗的成本高昂，耗時較長，且難以精確控制巖性、降壓速率、井底流壓等關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)前對開采過程中沉降的研究的方法多為數(shù)值模擬，缺乏實驗驗證。

5、因此，亟需開發(fā)一種天然氣水合物多氣合采實驗裝置，還原天然氣水合物-下伏氣儲層賦存體系，同時實現(xiàn)天然氣水合物層多氣合采、天然氣水合物-下伏氣層間開采及下伏氣層多氣合采等開采過程，進(jìn)而明確不同水合物飽和度下，不同降壓速率和降壓梯度如何影響天然氣水合物分解及流體生產(chǎn)行為。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提出一種天然氣水合物多氣合采實驗裝置，以能還原天然氣水合物-下伏氣儲層賦存條件，實現(xiàn)不同的多氣合采，并進(jìn)行氣水產(chǎn)出定量監(jiān)測。

2、本實用新型的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

3、一種天然氣水合物多氣合采實驗裝置，其用于模擬天然氣水合物層多氣合采、下伏氣層多氣合采、天然氣水合物-下伏氣層間開采這三種不同的開采過程，包括高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)、高壓下伏氣體系穩(wěn)定系統(tǒng)、氣液產(chǎn)出實時定量系統(tǒng)、可控降壓開采系統(tǒng)、注水裝置、注氣裝置、組合閥、第一控制閥、第二控制閥；其中：所述高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)用于合成天然氣水合物沉積物樣品，其上部具有第一開采口，下部具有第三開采口；所述高壓下伏氣體系穩(wěn)定系統(tǒng)用于制備模擬下伏氣層沉積物的樣品，其設(shè)置在所述高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)下方，其上部通過所述組合閥與所述高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)的所述第三開采口連接，下部具有第二開采口；所述可控降壓開采系統(tǒng)用于調(diào)控三種所述開采過程中的井底流壓，其分別：通過所述第一控制閥與所述第一開采口連接，通過所述第二控制閥與所述第二開采口連接，以及通過所述組合閥與所述第三開采口連接；所述氣液產(chǎn)出實時定量系統(tǒng)與所述可控降壓開采系統(tǒng)連通；所述注水裝置和所述注氣裝置均通過所述組合閥分別與所述高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)和所述高壓下伏氣體系穩(wěn)定系統(tǒng)連接。

4、優(yōu)選地，所述高壓天然氣水合物生成系統(tǒng)還包括第一恒溫水浴裝置、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一溫度傳感器、高壓反應(yīng)釜(25)、第一防砂裝置、第二防砂裝置；其中：所述第一開采口位于所述高壓反應(yīng)釜的上部，所述第三開采口位于所述高壓反應(yīng)釜的下部；所述第一恒溫水浴裝置與所述高壓反應(yīng)釜連接，用于對所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)部進(jìn)行控溫；所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器位于所述高壓反應(yīng)釜的頂部，所述第三壓力傳感器位于所述高壓反應(yīng)釜的底部；所述第一防砂裝置設(shè)置在所述第一控制閥與所述第一開采口之間，所述第二防砂裝置設(shè)置于所述第三開采口內(nèi)，所述第一溫度傳感器用于監(jiān)測所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)部溫度場變化。

5、優(yōu)選地，所述高壓下伏氣體系穩(wěn)定系統(tǒng)還包括高壓下伏氣釜、第二恒溫水浴裝置、第四壓力傳感器、第三溫度傳感器、第三防砂裝置、第四防砂裝置、第五防砂裝置、第一質(zhì)量監(jiān)測單元，其中：所述第二開采口位于所述高壓下伏氣釜下部；所述第二恒溫水浴裝置與所述高壓下伏氣釜連接，用于對所述高壓下伏氣釜的內(nèi)部進(jìn)行控溫；所述第四壓力傳感器和所述第三溫度傳感器分別用于監(jiān)測所述高壓下伏氣釜的內(nèi)部的壓力和溫度；所述質(zhì)量監(jiān)測單元設(shè)置在所述高壓下伏氣釜的下方，用于實時記錄所述高壓下伏氣釜內(nèi)的質(zhì)量；所述第三防砂裝置位于所述高壓下伏氣釜的上部和所述組合閥之間，所述第四防砂裝置設(shè)置于所述第二開采口內(nèi)，所述第五防砂裝置設(shè)置于所述第二控制閥與所述可控降壓開采系統(tǒng)之間。

6、優(yōu)選地，所述氣液產(chǎn)出實時定量系統(tǒng)包括氣水分離器、氣容器、第二質(zhì)量監(jiān)測單元、第五壓力傳感器和第二溫度傳感器、放空閥，其中：所述氣水分離器分別與所述可控降壓開采系統(tǒng)和所述氣容器(16)連通；所述第二質(zhì)量監(jiān)測單元設(shè)置于所述氣水分離器下方，所述第二溫度傳感器與所述氣水分離器連接；所述放空閥和所述第五壓力傳感器均與所述氣容器連接。

7、優(yōu)選地，所述可控降壓開采系統(tǒng)包括背壓閥和控制單元；所述背壓閥分別與所述第一控制閥、所述第二控制閥、所述組合閥、所述控制單元和所述氣水分離器連接，所述第五防砂裝置設(shè)置于所述第二控制閥與所述背壓閥之間；所述控制單元分別與第一質(zhì)量監(jiān)測單元和所述第二質(zhì)量監(jiān)測單元連接。

8、優(yōu)選地，還包括溫壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述溫壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述控制單元連接，且所述溫壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與所述第一壓力傳感器、所述第二壓力傳感器、所述第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和所述第三溫度傳感器連接。

9、優(yōu)選地，所述注水裝置具有流量計，所述流量計與所述控制單元連接。

10、優(yōu)選地，所述組合閥包括第一閥、第二閥、第三閥和第四閥，所述天然氣水合物多氣合采實驗裝置還包括第一四通和第二四通，其中：所述第一閥、第二閥、第三閥和第四閥分別連接在所述第二四通的四端，所述第一閥與所述第三開采口連接，第三閥分別與所述注水裝置和所述注氣裝置連接，所述第一四通的兩端分別連接所述第二閥和所述高壓下伏氣釜，所述第一四通的另兩端分別連接所述第四壓力傳感器和所述第三溫度傳感器；所述第四閥用于天然氣水合物-下伏氣層間開采。

11、優(yōu)選地，所述第一質(zhì)量監(jiān)測單元和所述第二質(zhì)量監(jiān)測單元均為電子秤。

12、優(yōu)選地，所述第一溫度傳感器為多點溫度傳感器，所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)配置有18根熱電偶，所述18根熱電偶統(tǒng)一通過所述第一溫度傳感器與所述溫壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；所述天然氣水合物多氣合采實驗裝置還包括溫控夾套，所述溫控夾套設(shè)置于所述高壓反應(yīng)釜外側(cè)。

13、本實用新型的有益效果包括：本實用新型的天然氣水合物多氣合采實驗裝置可以通過實驗的方法還原天然氣水合物-下伏氣儲層賦存體系，可實現(xiàn)不同多氣合采工藝，并進(jìn)行氣水產(chǎn)出定量監(jiān)測。本實用新的實驗裝置可以對不同開采過程進(jìn)行模擬，可以應(yīng)用于天然氣水合物-下伏氣體系降壓法多氣合采關(guān)鍵工藝降壓速率及井底流壓對氣水產(chǎn)出行為影響的實驗研究過程中，并適用于探究降壓多氣合采過程中下伏氣層氣水含量控制機(jī)理的后續(xù)研究。