1.一种多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,包括:开发模拟装置主体,所述开发模拟装置主体具有密闭空间,所述密闭空间用于对岩芯进行三维的天然气水合物开发模拟;
温度传感器单元,所述温度传感器单元包括三维空间布置在所述密闭空间内的温度传感器以及预埋在岩芯内的铂电阻温度传感器,以实现在进行天然气水合物三维开发模拟时,对整个温度场三维空间分布进行温度采集;
压力控制单元,所述压力控制单元与所述密闭空间连通,用于向所述密闭空间内提供甲烷气体,控制开发模拟时所述密闭空间内的压力,并维持所述密闭空间内的天然气水合物合成分解过程的压力;
温度控制单元,所述温度控制单元包括恒温组件,所述恒温组件包括套设在所述开发模拟装置主体外侧的恒温槽,所述恒温槽与所述开发模拟装置主体之间设置有保持架,所述恒温槽用于保持所述开发模拟装置中所述密闭空间的温度,以实现对天然气水合物合成环境温度的稳定控制;
供水单元,所述供水单元与所述密闭空间连通,用于向所述密闭空间内输入纯水;
气液分离单元,所述气液分离单元与所述密闭空间连通,用于对天然气水合物的三维开发模拟时产生的天然气进行水气分离并收集;
真空单元,所述真空单元与所述密闭空间连通,用于所述密闭空间保持一定的真空度;
数据采集单元,所述数据采集单元与所述温度传感器单元、所述压力控制单元以及测量所述供水单元和所述气液分离单元重量变化的测量组件电连接,以实现对所述密闭空间内的温度、压力以及天然气水合物三维开发模拟时的耗水量、耗气量以及产水量、产气量进行实时采集并记录。
2.根据权利要求1所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述压力控制单元包括与所述密闭空间连接的甲烷气瓶,所述甲烷气瓶与所述密闭空间之间设置有连接气管,所述连接气管上依次设置有第一单向阀、增压泵和第一气体质量流量计,所述第一单向阀位于靠近所述甲烷气瓶的一侧。
3.根据权利要求2所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述供水单元包括与所述密闭空间连接的纯水瓶,所述纯水瓶与所述密闭空间之间设置有连接水管,所述连接水管上依次设置有第二单向阀和恒流泵,所述第二单向阀位于靠近所述纯水瓶的一侧;所述连接水管远离所述纯水瓶的一端设置有第一开闭阀门,所述第一开闭阀门具有三个接口,所述第一开闭阀门的第一接口与所述连接水管连接,所述第一开闭阀门的第二接口与所述连接气管连接;所述第一开闭阀门的第三接口连接有第一输入管,所述第一输入管的另一端与所述密闭空间连接。
4.根据权利要求3所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述温度控制单元还包括温控水箱,所述第一输入管上设置有第二开闭阀门,所述第二开闭阀门的第三接口与所述温控水箱通过控温水管连接,所述控温水管上依次设置有第三单向阀、平流泵和液体质量流量计,其中,所述第三单向阀位于靠近所述温控水箱的一侧。
5.根据权利要求4所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述气液分离单元包括气液分离组件、甲烷气体收集容器和水回收容器,所述气液分离组件与所述密闭空间通过分离管路连接;所述分离管路上设置有第四单向阀;所述气液分离组件用于对天然气水合物的三维开发模拟时产生的天然气进行水气分离;
所述甲烷气体收集容器与所述气液分离组件之间通气体收集管路连接,所述气体收集管路依次设置有第二气体质量流量计和第五单向阀,所述第二气体质量流量计位于靠近所述甲烷气体收集容器的一侧;
所述水回收容器与所述气液分离组件之间通过液体收集管路连接,所述液体收集管路设置有第六单向阀。
6.根据权利要求5所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述开发模拟装置主体上设置有多个与所述密闭空间连通且独立设置的外接管道,多个外接管道分别与所述第一输入管、所述分离管路、所述真空单元连接。
7.根据权利要求6所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,所述真空单元包括相对布置在所述开发模拟装置主体上且与所述密闭空间连通的第一外接管道和第二外接管道以及分别与所述第一外接管道、第二外接管道连接的第一真空泵和第二真空泵。
8.根据权利要求7所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,其特征在于,测量所述供水单元和所述气液分离单元重量变化的测量组件包括分别设置在所述纯水瓶和所述水回收容器下端的第一电子天平和第二电子天平。
9.一种多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验方法,其特征在于,采用权利要求1至8任一项所述的多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置,所述多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验方法包括以下步骤:天然气水合物合成的工作过程:通过中心井网向开发模拟装置主体的密闭空间内注入物料,所述物料为甲烷气、纯水、开发模拟时所使用的热流体;
模拟过程中,先将铂电阻温度传感器预埋入岩芯内,再将岩芯放入开发模拟装置主体的密闭空间内,密封井网顶盖和装置主体的连接处,并完成多开采方式模拟的天然气水合物三维开发实验装置的连接,关闭所有阀门,启动恒温组件,设定恒温组件温度为2±0.5℃,预冷开发模拟装置主体的密闭空间内中的岩芯环境,待岩芯内布置的温度传感器数据稳定在所预定的温度时依次打开第三开闭阀门、第四开闭阀门、第五开闭阀门、第六开闭阀门和压力表;同时启动第一真空泵和第二真空泵,对密闭空间内环境做真空处理,真空度‑
0.1MPa,待压力表数值稳定显示所预定的压力值时同时关闭第一真空泵、第二真空泵;启动第一电子天平、第二电子天平、第二单向阀、第四单向阀、第六单向阀、第一开闭阀门、第二开闭阀门、恒流泵,向开发模拟装置主体的密闭空间内输入纯水、待输入纯水的质量等于水回收容器中回收纯水的数值相等时,关闭平流泵、第二单向阀、第六单向阀;打开第一单向阀、第五单向阀、第一气体质量流量计、第二气体质量流量计,打开甲烷气瓶、甲烷气收集容器、增压泵,向密闭空间输入甲烷气;其中,增压泵将甲烷气体压力增加,使密闭空间压力保持至5MPa恒定不变,且第二气体质量流量计统计数据显示与第一气体质量流量计数据差值恒定不变时,关闭除数据采集单元以及恒温组件外的所有设备,静置开发模拟装置主体,观察数据采集单元显示的数据,根据天然气水合物的合成开发相图确定,待压力、温度等数据不再发生变化时、证明天然气水合物合成完毕,数据采集单元采集实时数据保存、分析;
天然气水合物开发模拟的工作过程Ⅰ:在天然气水合物合成的工作过程合成天然气水合物之后,保持上述设置不变,打开温控水箱,注入的饱和NaCl溶液加热至60摄氏度恒温保持,打开第三单向阀、平流泵、液体质量流量计、第二开闭阀门,第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、气液分离组件、第二气体质量流量计、甲烷气收集容器、水回收容器、第二电子天平,向密闭空间中注入60摄氏度的饱和NaCl溶液,静置等待天然气水合物开发完毕,待气第二体质量流量计的计量数值不再发生变化时,证明天然气水合物开发完毕,数据采集单元实时采集数据的变化情况;
天然气水合物开发模拟的工作过程Ⅱ:在天然气水合物合成的工作过程合成天然气水合物之后,保持上述设置不变,打开甲烷气收集容器、第二气体质量流量计、第五单向阀、第六单向阀、气液分离组件、水回收容器、第二电子天平,最后打开第四单向阀,其中,所述第四单向阀为回压阀,用于控制密闭空间的压力,将其压力从5MPa逐渐降至不同的小于5MPa的压力值,静置等待天然气水合物开发完毕,待第二气体质量流量计计量数值不再发生变化时,证明天然气水合物开发完毕,数据采集单元采集实时数据保存、分析;
天然气水合物开发模拟的工作过程Ⅲ:在天然气水合物合成的工作过程合成天然气水合物之后,保持上述设置不变,打开温控水箱,注入的饱和NaCl溶液加热至60摄氏度恒温保持,第三单向阀、平流泵、液体质量流量计、第二开闭阀门、第五单向阀、第六单向阀、气液分离组件、第二气体质量流量计、甲烷气收集容器、水回收容器、第二电子天平,最后打开第四单向阀,其中,所述第四单向阀为回压阀,能用于控制密闭空间的压力,将其压力从5MPa逐渐降至常压,同时向密闭空间中注入60摄氏度的饱和NaCl溶液,静置等待天然气水合物开发完毕,待第二气体质量流量计计量数值不再发生变化时,证明天然气水合物开发完毕,数据采集单元实时采集数据的变化情况,统计,分析开发过程中的压力、温度、岩芯孔隙的梯度变化。