一种多功能天然气水合物开采模拟装置

1.本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，具体是一种多功能天然气水合物开采模拟装置。


背景技术：

2.天然气水合物作为一种极具潜力的新型清洁能源，其总碳含量是所有其他化石能源总和的两倍，并且在全球范围内均有分布，可作为未来的一种重要的替代能源。
3.目前国内外考虑用于天然气水合物开采的方法较多，具有代表性的包括降法、注热法、置换法和注入化学分解促进剂。
4.针对天然气水合物开采，降压法和注热法不可避免地会干扰水合物储层的力学稳性，造成安全问题，其次能量利用率低，开采效率低下；置换法随着置换反应的进行，置换效率会越来越低从而影响开采效率；注入化学分解促进剂法通过向水合物矿藏中注入化学试剂，破坏连接水合物分子间的氢键同时改变水合物存在的相平衡条件，促进水合物分解经验证，该方法可以极短时间内有效提高天然气产量，在开采初期可以很低的能量注入即实现水合物的分解。
5.现阶段单一开采的方式均存在弊端，无法支撑长期水合物的开发；如能通过联合降压法和注入化学分解促进剂法开采天然气水合物不仅能够提高开采效率，同时还能保持地层稳定。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种多功能天然气水合物开采模拟装置，以解决现有的复合方法开采天然气水合物的实验装置综合性较差的问题。
7.本实用新型的技术方案是：
8.一种多功能天然气水合物开采模拟装置，包括：气瓶，用于存储甲烷气体；压力控制单元，连接在所述气瓶的出气端；气体流量控制器，与所述压力控制单元连接；压力监测单元，用于监测所述气体流量控制器进气端和出气端的压力值，对称设置在所述气体流量控制器两端连接的管线上；反应釜，包括上封头，所述上封头与反应釜活动连接；磁力搅拌机构，所述磁力搅拌机构与所述上封头固定连接；温度传感器单元，与所述上封头连接，探头位于所述反应釜中；中间容器装有水合物促分解化学剂，所述中间容器通过管线连接在反应釜的釜盖上；平流泵，泵头连接在所述中间容器的底部；出口阀，设置在所述反应釜的顶端；气体干燥装置，进气端和所述出口阀的出口端连接；气体流量计，设置在所述气体干燥装置上，检测自由气和分解气，用于记录甲烷气体瞬时产气速率和累计产气量；恒温水浴装置，与所述反应釜连接，用于调整实验温度；温度传感器，设置在所述恒温水浴装置上。
9.进一步的，所述压力监测单元包括：第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置在所述气体流量控制器前端的管线上，所述第二压力传感器设置在所述气体流量控制器后端的管线上。
10.进一步的，所述气瓶的出气端上连接过滤器进气端，所述过滤器出气端通过管道连接压力控制单元。
11.进一步的，所述压力控制单元包括：增压泵，一端连接所述过滤器的出气端；压缩机，进气端和所述增压泵的另一端连通，出气端连通气体流量控制器；调压阀，设置在所述增压泵的出气管道上。
12.进一步的，所述磁力搅拌机构包括搅拌电机和叶片，叶片设置在电机轴上，搅拌电机设置在所述上封头上。
13.进一步的，所述搅拌电机上设有扭矩传感器。
14.进一步的，还包括：升降装置，所述升降装置包括折叠式升降平台，所述反应釜设置在所述折叠式升降平台的平台面上。
15.进一步的，所述温度传感器单元包括：第一温度传感器，用于监测所述反应釜中间靠近上部区域的温度；第二温度传感器，用于监测所述反应釜中间靠近下部区域的温度。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.1、本实用新型不仅能够进行传统单一的降压法分解水合物，还可以进行多级稳定的分阶降压法分解水合物，本实用新型可以进行降压联合注化学剂分解水合物，因此本实用新型可以进行多种不同的水合物分解室内实验，实验的综合性更强，通过降压和注化学剂复合法对水合物分解进行研究，降压分解水合物作为空白实验组，降压联合注化学剂作为对照组与空白实验组进行对照，体现出联合法能够有效提高水合物开采效率。
18.2、本实用新型在整个模拟开采实验过程，通过压力监测单元和压力控制的单元控制压力的稳定，减少对天然气水合物矿藏所处地的地质情况产生影响。
附图说明
19.图1为本实用新型的实验流程示意图。
20.其中，1、气瓶，2过滤器，3、增压泵，4、压缩机，5、调压阀，6、第一压力传感器，7、气体流量控制器，8、第二压力传感器，9、第一温度传感器，10、第二温度传感器，11、反应釜，12、磁力搅拌机构，13、扭矩传感器，14、温度传感器，15、恒温水浴装置，16、升降装置，17、中间容器，18、平流泵，19、出口阀，20、气体干燥装置，21、气体流量计，22、计算机采集装置。
具体实施方式
21.下面结合附图1，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
22.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.需要说明的是，本实用新型中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不
涉及到任何创新。
24.实施例
25.如图1所示，一种多功能天然气水合物开采模拟装置，包括：气瓶1、压力控制单元、气体流量控制器7、压力监测单元、反应釜11、磁力搅拌机构13、温度传感器单元、中间容器17、平流泵18、出口阀19、气体干燥装置20、气体流量计21、恒温水浴装置15和温度传感器14，气瓶1用于存储甲烷气体；压力控制单元连接在所述气瓶1的出气端；气体流量控制器7与所述压力控制单元连接；压力监测单元用于监测所述气体流量控制器7进气端和出气端的压力值，对称设置在所述气体流量控制器7两端连接的管线上；反应釜11包括上封头，所述反应釜上封头可拆，采用螺钉压紧“o”型圈密封，拆卸方便，快速，无泄漏，所述上封头与反应釜11活动连接；所述磁力搅拌机构13与所述上封头固定连接；温度传感器单元与所述上封头连接，探头位于所述反应釜11中；中间容器17内设有水合物促分解化学剂，所述中间容器17通过0.1毫米铁质管线连接在反应釜11的釜盖上；平流泵18的泵头连接在所述中间容器17的底部；出口阀19设置在所述反应釜11的顶端；气体干燥装置20的进气端和所述出口阀19的出口端连接；气体流量计21设置在所述气体干燥装置20上，检测自由气和分解气，用于记录甲烷气体瞬时产气速率和累计产气量；恒温水浴装置15与所述反应釜连接，用于调整实验温度，所述恒温水浴装置15包括：加热组件和水箱，水箱用带视窗的不锈钢保温套制作，内部设有循环管，循环管内循环冷却液，加热组件连接循环管，用于给循环管加热，反应釜设置在水箱内，通过恒温水浴装置20可方便地为反应装置提供循环恒温热源；温度传感器14设置在所述恒温水浴装置15上。
26.优选的，所述压力监测单元包括：第一压力传感器6和第二压力传感器8，所述第一压力传感器6设置在所述气体流量控制器7前端的管线上，所述第二压力传感器8设置在所述气体流量控制器7后端的管线上。
27.优选的，所述气瓶1的出气端上连接过滤器2进气端，所述过滤器2出气端通过管道连接压力控制单元。
28.优选的，所述压力控制单元包括：增压泵3、压缩机4和调压阀5，增压泵3为型号sy-810，增压比是8:1，所述增压泵用于增大压力，能使压力快速调整至实验所需压力，增压泵3一端连接所述过滤器2的出气端；压缩机4进气端和所述增压泵3的另一端连通，出气端连通气体流量控制器7；调压阀5，设置在所述增压泵3的出气管道上；压缩机4型号为750w-9l，所述压缩机用于压缩气体，保证气体压力稳定，将气体快速压入反应釜中，压缩机4与所述增压泵3的另一连通接口连通；调压阀5选用x-tec品牌压力阀，入口压力16mpa，出口压力0-10mpa，调压阀5设置在所述增压泵3的出气管道上。
29.优选的，所述磁力搅拌机构13包括搅拌电机和叶片，叶片设置在电机轴上，搅拌电机设置在所述上封头上，所述搅拌电机上设有扭矩传感器，所述磁力搅拌机构，搅拌速度可调，搅拌电机采用进口交流伺服电机及伺服系统，调速范围0～1000r/min，电机功率400w。
30.优选的，还包括：升降装置16，所述升降装置16包括折叠式升降平台，所述反应釜11设置在所述折叠式升降平台的平台面上，升降装置的最大升降高度400mm，方便反应釜的加热和装卸。
31.优选的，所述温度传感器单元包括：第一温度传感器9和第二温度传感器10，第一温度传感器9用于监测所述反应釜11中间靠近上部区域的温度；第二温度传感器10用于监
测所述反应釜11中间靠近下部区域的温度，第一温度传感器和第二温度传感器的测温探头采用热电偶，温度量程超过600℃，精度0.1℃，第一温度传感器9和第二温度传感10均连接在温度控制仪表上，温度控制仪表采用人工智能显示控制仪表，具有pid调节功能，显示精度0.1℃，可任意设定所需的控制温度，带pid调节，可有效的控制热惯性，数值由二次仪表直接显示。
32.优选的，还包括：所述计算机采集装置22，购于江苏联友科研仪器有限公司，电机的伺服系统、扭矩传感器和计算机采集装置连接，通过计算机采集装置22可设定和调整搅拌速度，扭矩传感器、电机死的伺服系统将搅拌速度适时反馈给计算机采集装置，使装置既能模拟管道真实流动模拟，又可利用磁力搅拌进行流动状态的模拟，实现动态条件下水合物在多孔介质中的形成与分解，同时也保证了密封，电机采用进口交流伺服电机，具有无级调速机构和速度测试装置，且运转平稳，经久耐用，温度控制仪表通过rs232接口与计算机采集装置22通讯，压力控制单元、压力监测单元均与计算机采集装置通讯，计算机采集装置在模拟实验过程中采集：注入气量、压力和温度；并将反应仪器工作流程显示在界面上，操作简单方便。
33.本实用新型开采模拟装置的工作过程：
34.气瓶释放甲烷气体进入反应釜中，化学剂通过平流泵从中间容器注入至反应釜中，增压泵和压缩机调整至实验条件所需压力，压力传感器检测压力，恒温水浴装置通过水浴控温调整温度至实验条件所需温度，第一温度传感器检测反应釜中上部温度，第二温度传感器监测反应釜中下部温度，磁力搅拌机构通过模拟管道真实流动模拟，利用磁力搅拌进行流动状态的模拟，实现动态条件下水合物在多孔介质中的形成与分解，同时也保证了密封，出口阀用于卸压，反应釜中生成的天然气通过气体流量计采集数据，反应釜中温度和压力实时数据通过rs232接口实现与计算机通讯，计算机对反应釜中天然气水合物生成和分解过程实时监控。
35.以上公开的仅为本实用新型的较佳地几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，包括：气瓶(1)，用于存储甲烷气体；压力控制单元，连接在所述气瓶(1)的出气端；气体流量控制器(7)，与所述压力控制单元连接；压力监测单元，用于监测所述气体流量控制器(7)进气端和出气端的压力值，对称设置在所述气体流量控制器(7)两端连接的管线上；反应釜(11)，包括上封头，所述上封头与反应釜(11)活动连接，所述反应釜(11)顶部设有出口阀(19)；磁力搅拌机构(13)，所述磁力搅拌机构(13)与所述上封头固定连接；温度传感器单元，与所述上封头连接，探头位于所述反应釜(11)中；中间容器(17)，通管线连接在反应釜(11)的釜盖上；平流泵(18)，泵头连接在所述中间容器(17)的底部；气体干燥装置(20)，进气端和所述出口阀(19)的出口端连接；气体流量计(21)，设置在所述气体干燥装置(20)上；恒温水浴装置(15)，包括：水箱和用于给水箱内水体加热的加热组件，所述反应釜(11)设置在水箱内；温度传感器(14)，设置在所述恒温水浴装置(15)上。2.根据权利要求1所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述压力监测单元包括：第一压力传感器(6)和第二压力传感器(8)，所述第一压力传感器(6)设置在所述气体流量控制器(7)前端的管线上，所述第二压力传感器(8)设置在所述气体流量控制器(7)后端的管线上。3.根据权利要求1所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述气瓶(1)的出气端上连接过滤器(2)进气端，所述过滤器(2)出气端通过管道连接压力控制单元。4.根据权利要求3所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述压力控制单元包括：增压泵(3)，一端连接所述过滤器(2)的出气端；压缩机(4)，进气端和所述增压泵(3)的另一端连通，出气端连通气体流量控制器(7)；调压阀(5)，设置在所述增压泵(3)的出气管道上。5.根据权利要求1所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述磁力搅拌机构(13)包括搅拌电机和叶片，叶片设置在电机轴上，搅拌电机设置在所述上封头上。6.根据权利要求5所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述搅拌电机上设有扭矩传感器。7.根据权利要求1所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，还包括：升降装置(16)，所述升降装置(16)包括折叠式升降平台，所述反应釜(11)设置在所述折叠式升降平台的平台面上。8.根据权利要求1所述的一种多功能天然气水合物开采模拟装置，其特征在于，所述温度传感器单元包括：
第一温度传感器(9)，用于监测所述反应釜(11)中间靠近上部区域的温度；第二温度传感器(10)，用于监测所述反应釜(11)中间靠近下部区域的温度。

技术总结
本实用新型公开了一种多功能天然气水合物开采模拟装置，包括：气瓶、压力控制单元、气体流量控制器、压力监测单元、反应釜、磁力搅拌机构、温度传感器单元、中间容器、平流泵、出口阀、气体干燥装置、气体流量计、恒温水浴装置和温度传感器；压力控制单元与气瓶连接；气体流量控制器与压力控制单元连接；磁力搅拌机构与上封头连接；温度传感器单元与上封头连接；中间容器通过管线连接在反应釜釜盖上；平流泵连接在中间容器底部；出口阀设置在反应釜顶端；气体干燥装置和出口阀连接；气体流量计设置在气体干燥装置上；恒温水浴装置与反应釜连接，本实用新型可以进行多种不同的水合物分解室内实验，实验的综合性更强。实验的综合性更强。实验的综合性更强。


技术研发人员：张博然 王雷 徐明镜 余启航 程咏 乐洋
受保护的技术使用者：长江大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12