一种水合物开发分层物理模拟实验装置的制作方法

本发明涉及水合物开发领域，特别涉及一种水合物开发分层物理模拟实验装置。

背景技术：

天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区。

在回顾致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气藏定义的基础上，基于天然气水合物藏的特征，认为天然气水合物藏是指具有一定量的甲烷等气体运移到温度-压力适宜的地层，并以固态形式赋存于地层/松散沉积物中的天然气水合物资源及其与之有直接关联的天然气聚集。因此，在开展天然气水合物资源勘查与评价时，应当查明天然气水合物层下部游离气状况，存在游离气层的"固-气两层楼式"天然气水合物藏是当前有利的天然气水合物开发靶体。

水合物藏可能存在的形式包括i类、ii类和iii类，分层物理模拟是研究不同类型水合物藏开采机理的重要手段；即便是同一类型的水合物藏，分层物理模型也能更真实地反应水合物藏垂向上的分解动态、地层导热及流动特征。因此，研制水合物开发分层物理模拟实验装置，能够为不同类型水合物藏的开采动态分析及后期的数值模拟研究提供数据支持。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种水合物开发分层物理模拟实验装置，能够解决多层沉积物形成水合物时间慢，水重力原因使水合物分层难的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种水合物开发分层物理模拟实验装置，其创新点在于：包括

一压力仓，所述压力仓内具有一试验空腔，在压力仓的顶端具有一与试验空腔相连通的开采口，在开采口内插入口伸入试验空腔内的开采管；

一置于压力仓内的模拟组件，所述模拟组件包括一对相互配合的上模拟釜、下模拟釜，其中，上模拟釜为由一两端开口的空心筒体结构及置于筒体结构上端的上盖共同形成的下端开口的空心箱体结构，下模拟釜为一上端开口的空心箱体结构，且下模拟釜由一升降机构驱动进出上模拟釜，在上模拟釜内具有一将上模拟釜的空腔分隔为上下分布的盖层、水合物层的隔板，下模拟釜内为气层；

一阻断上模拟釜与下模拟釜的阻隔组件，所述阻隔组件包括一隔板，该隔板由一水平驱动机构驱动插入上模拟釜与下模拟釜之间或从上模拟釜与下模拟釜之间脱离。

进一步的，所述压力仓包括一两端开口的空心桶体结构，在桶体结构的上下两侧分别连接有一上封头、一下封头，所述上封头、下封头均与桶体结构之间通过螺栓连接固定，在上封头上具有一容开采口安装的通孔，所述开采口呈t字形状，在开采口嵌入上封头上的通孔后通过螺栓与上封头固定，在桶体结构的侧端位于隔板处还具有一向外凸出的容隔板水平活动的凸块，在凸块内具有容隔板活动的空腔。

进一步的，所述升降机构包括一安装在压力仓底端的液压升降缸，所述液压升降缸的活塞杆从压力仓的底端伸入至压力仓内部并与下模拟釜的底端相连接，并带动下模拟釜进行上下升降。

进一步的，水平驱动机构为：所述隔板通过一隔板托盘支撑，在隔板托盘的上端具有一容隔板嵌入的凹槽，所述隔板托盘由一液压左右移动缸驱动并带动隔板进行左右水平移动。

进一步的，在压力仓内位于隔板托盘的两侧还具有一对导向杆，同时在隔板托盘的两侧还安装有一对导向套，所述导向套套装在导向杆上，并带动隔板托盘沿着导向杆的延伸方向进行水平移动。

进一步的，所述压力仓内位于下模拟釜的下方还设置有一定位机构，所述定位机构包括一对设置于下模拟釜底端两侧的液压定位器。

进一步的，所述下模拟釜上端的外壁还设置有密封圈，在上盖的外壁也设置有密封圈。

本发明的优点在于：本发明中，采用压力仓的设计，从而能够在形成水合物后在恒压恒温的情况下将隔板移走，解决了多层沉积物形成水合物时间慢，水重力原因使水合物分层难的问题。

由于使用了压力仓结构，形成了一个内模拟釜，由于压力仓的目的是跟踪平衡模拟釜的压力，所以模拟釜的壁很簿，上下盖也不需要固定，但有密封，这样上盖就形成了一个可移动的活塞，在内沉积物收缩时，上盖会自动往下压，填充掉收缩的体积，解决了形成水合物后沉积物收缩变形问题。

对于导向杆与导向套的设置，则是在隔板托盘进行水平移动时对其进行导向，避免出现跑偏的现象。

由于使用了压力仓结构，形成了一个内模拟釜，由于压力仓的目的是跟踪平衡模拟釜的压力，所以模拟釜的壁很簿，而在压力仓内可以盘管冷却整个压力仓流体的温度，传导到沉积物时间也变短，解决了由于直径大，模拟压力高而导致模拟釜壁厚太厚，导致外面的水夹套或者冷库制冷传导到沉积物的时间太长的问题。

内模拟釜结构操作方便，所有的引线结构加工方便，不像以前一个高压模拟釜加工困难，操作笨重，解决了所有的温度场，压力场及电阻率成像用的传感引线引出操作麻烦问题。

由于内模拟釜设计不需要考虑耐压问题，所以它的重量很轻，也可以分段设计，还可以在外面分段填好砂，再吊进压力仓内，连接线路实验，解决了大直经填砂不方便及压实不便的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的水合物开发分层物理模拟实验装置的示意图。

图2为本发明的水合物开发分层物理模拟实验装置的俯视图。

图3为图2的a-a剖视图。

图4为本发明的水合物开发分层物理模拟实验装置内部剖开示意图。

图5为图4的正视图。

图6为图4的俯视图。

图7、图8为本发明的水合物开发分层物理模拟实验装置的工作状态示意图。

图9为图7的俯视图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图9所示的一种水合物开发分层物理模拟实验装置，包括

一压力仓1，在压力仓1内具有一试验空腔11，在压力仓1的顶端具有一与试验空腔11相连通的开采口12，在开采口12内插入口伸入试验空腔11内的开采管13。

压力仓1包括一两端开口的空心桶体结构14，在桶体结构14的上下两侧分别连接有一上封头15、一下封头16，上封头15、下封头16均与桶体结构14之间通过螺栓连接固定，在上封头15上具有一容开采口12安装的通孔，开采口12呈t字形状，在开采口12嵌入上封头15上的通孔后通过螺栓与上封头15固定。

一置于压力仓1内的模拟组件，模拟组件包括一对相互配合的上模拟釜、下模拟釜，其中，上模拟釜为由一两端开口的空心筒体结构21及置于筒体结构21上端的上盖22共同形成的下端开口的空心箱体结构，筒体结构21的两侧通过连接杆与压力仓1的内壁相连，下模拟釜23为一上端开口的空心箱体结构，在下模拟釜23上端的外壁还设置有密封圈，该密封圈的外壁在下模拟釜23移动至上模拟釜内时贴合筒体结构21的内壁，在上盖22的外壁也设置有密封圈，该密封圈的外壁贴合筒体结构21的内壁。

下模拟釜23由一升降机构驱动进出上模拟釜，在上模拟釜内具有一将上模拟釜的空腔分隔为上下分布的盖层24、水合物层25的隔板27，下模拟釜23内为气层26。

升降机构包括一安装在压力仓1底端的液压升降缸27，该液压升降缸27固定在下封头16的底端，液压升降缸27的活塞杆从压力仓1底端的下封头16上穿过后再伸入至压力仓1内部并与下模拟釜23的底端相连接，并带动下模拟釜23进行上下升降。

在压力仓1内位于下模拟釜23的下方还设置有一定位机构，定位机构包括一对设置于下模拟釜23底端两侧的液压定位器28，本实施例中，液压定位器28采用定位液压缸，定位液压缸固定在下封头16上，定位液压缸的活塞杆从下封头16上穿过后伸入至压力仓1内，在下模拟釜23的两侧分别具有一容定位液压缸的活塞杆穿过的通孔，通过液压定位器28的设置，从而在下模拟釜23进行上下升降时能够对其进行导向限位，避免其出现跑偏的现象。

一阻断上模拟釜与下模拟釜23的阻隔组件，阻隔组件包括一隔板31，该隔板31由一水平驱动机构驱动插入上模拟釜与下模拟釜23之间或从上模拟釜与下模拟釜23之间脱离。对于隔板31的设计，首先，在进行填砂压实形成水合物的过程中，隔板31会位于下模拟釜23与上模拟釜之间，从而将下模拟釜23与上模拟釜之间隔开，以方便形成盖层24、水合物层25及气层26，如图7所示，当需要进行降压开采水合物时，会将隔板31移走，同时下模拟釜23会由液压升降缸27推动上行，使得下模拟釜23的上端插入上模拟釜内，如图8所示，此时开采管13伸入至气层26处进行开采，而且这种伸入气层26开采的方式，会使得到的能源更多。

水平驱动机构为：隔板31通过一隔板托盘32支撑，在隔板托盘32的上端具有一容隔板31放置的凹槽，隔板托盘32由一液压左右移动缸33驱动并带动隔板31进行左右水平移动，液压左右移动缸33固定在压力仓1的侧端。

在桶体结构14的侧端位于隔板31处还具有一向外凸出的容隔板31水平活动的凸块34，在凸块34内具有容隔板31活动的空腔。对于凸块34的设计，这样与压力仓1配合后，就无需因为隔板31需要水平移动而整体增加压力仓1的体积。

在压力仓1内位于隔板托盘32的两侧还具有一对导向杆35，同时在隔板托盘32的两侧还安装有一对导向套36，导向套36套装在导向杆35上，并带动隔板托盘32沿着导向杆35的延伸方向进行水平移动。对于导向杆35与导向套36的设置，则是在隔板托盘32进行水平移动时对其进行导向，避免出现跑偏的现象。

本发明中的实验装置采用压力仓1的设计，从而能够在形成水合物后在恒压恒温的情况下将隔板31移走，解决了多层沉积物形成水合物时间慢，水重力原因使水合物分层难的问题。

由于使用了压力仓1结构，形成了一个内模拟釜，由于压力仓1的目的是跟踪平衡模拟釜的压力，所以内模拟釜的壁很簿，上下盖也不需要固定，即上盖22与筒体结构22之间、下模拟釜23与筒体结构22之间并不需要固定，但有密封，这样上盖22就形成了一个可移动的活塞，在内沉积物收缩时，上盖22会自动往下压，填充掉收缩的体积，解决了形成水合物后沉积物收缩变形问题。

由于使用了压力仓1结构，形成了一个内模拟釜，由于压力仓的目的是跟踪平衡模拟釜的压力，模拟釜的壁很簿，而在压力仓内可以盘管冷却整个压力仓1流体的温度，传导到沉积物时间也变短，解决了由于直径大，模拟压力高而导致模拟釜壁厚太厚，导致外面的水夹套或者冷库制冷传导到沉积物的时间太长的问题。

内模拟釜结构操作方便，所有的引线结构加工方便，不像以前一个高压模拟釜加工困难，操作笨重，解决了所有的温度场，压力场及电阻率成像用的传感引线引出操作麻烦问题。

由于内模拟釜设计不需要考虑耐压问题，所以它的重量很轻，也可以分段设计，还可以在外面分段填好砂，再吊进压力仓内，连接线路实验，解决了大直经填砂不方便及压实不便的问题。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。