岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 286-298.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0695

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多维天然气水合物开采模拟试验 系统的研制与初步应用

蒋宇静1, 2,颜鹏1, 2,栾恒杰1, 2,陈连军1,丁根荣3   

  1. 1. 山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东 青岛 266590; 2. 山东科技大学 能源与矿业工程学院,山东 青岛 266590;3. 江苏珂地石油仪器有限公司,江苏 海安 226600
  • 收稿日期:2021-05-08 修回日期:2021-09-22 出版日期:2022-01-10 发布日期:2022-01-07
  • 通讯作者: 栾恒杰,男,1989年生,博士,讲师,硕士生导师,主要从事天然气水合物基础物性方面的研究工作。E-mail: luanjie0330@126.com E-mail:jiang@nagasaki-u.ac.jp
  • 作者简介:蒋宇静,男,1962年生,博士,教授,博士生导师,主要从事天然气水合物开发过程中的岩土力学与工程问题的研究工作
  • 基金资助:
    山东省自然科学基金重大基础研究项目(No. ZR2019ZD14)

Development of multi-dimensional production simulation test system for natural gas hydrate and its primary application

JIANG Yu-jing1, 2, YAN Peng1, 2, LUAN Heng-jie1, 2, CHEN Lian-jun1, DING Gen-rong3   

  1. 1. State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China; 2. College of Energy and Mining Engineering,Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China; 3. Jiangsu Kedi Petroleum Instrument Co., Ltd., Haian, Jiangsu 226600, China
  • Received:2021-05-08 Revised:2021-09-22 Online:2022-01-10 Published:2022-01-07
  • Supported by:
    This work was supported by the Major Program of Shandong Provincial Natural Science Foundation (ZR2019ZD14).

摘要: 为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。

关键词: 天然气水合物, 开采模拟, 试验系统, 相平衡, 降压开采

Abstract: In order to study the synthesis and decomposition characteristics of natural gas hydrates, the exploitation performance of the reservoir, and the sand production and control during the mining process of natural gas hydrates, a set of multi-dimensional natural gas hydrate production simulation test system has been developed. The test system is mainly composed of gas injection system, constant pressure liquid supply system, steam or hot water injection system, 1D,2D&3D model, back pressure control system, outlet metering system, data acquisition and control processing system and corresponding auxiliary systems. The main innovations of the experimental system are as follows: 1) The one-dimensional reactor wall made of high-pressure glass and the high-definition camera are combined to achieve visualization for monitoring the synthesis and decomposition of hydrate and the sand migration in the production process under medium and low pressure; 2) The self-developed double-cylinder constant speed and pressure pump is used to control the back pressure valve, so that the pressure in the reactor can be uniformly reduced at a decrement of higher precision during the entire depressurization production process. Consequently, the gas hydrate reformation is greatly reduced, and the gas production rate becomes more uniform. Using quartz sand of different particle sizes, deionized water and methane gas with a purity of 99.9% as raw materials,the one-dimensional phase equilibrium test and two-dimensional depressurization production test are conducted. The reliability of the test system is verified based on the primary application results from these tests.

Key words: natural gas hydrate, production simulation, test system, phase equilibrium, depressurization production

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  • TE 38
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