[發明專利]水合物層產出細砂在礫石層中運移規律的試驗方法及裝置

有效

• 申請號: 201710216171.1
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106932170B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 李彥龍;劉昌嶺;劉樂樂;吳能友;孫建業
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司37241
• 代理人: 萬桂斌

技術領域

本發明屬于海洋天然氣水合物資源開發工程技術領域，具體涉及一種基于一維滲流裝置的海洋天然氣水合物儲層產出細砂在顆粒充填礫石層中的運移規律的室內試驗方法及裝置。

背景技術

天然氣水合物資源開采研究已成為國際熱點問題。目前全球水合物資源開發仍處于部分區域的試開采階段，距離工業化開采還有很長的路要走。國際上已開展的天然氣水合物試采項目，主要包括加拿大麥肯齊三角洲Mallik 5L-38項目(2002)、Mallik 2L-38項目(2007、2008)、美國阿拉斯加項目(2011～2012)、日本南海海槽(Nankai Through)AT1-MC項目(2012～2013)等。其中，加拿大2007～2008項目和日本南開海槽天然氣水合物資源試開采經歷均表明，即使降壓法開采能達到短期的開采目標，但如果無法克服出砂現象帶來的困難，就很難實現天然氣水合物資源的長效開采。因此，要實現水合物資源的高效開采，必須攻克出砂問題帶來的困擾。

特別地，日本2013年在NanKai Trough進行的全球首次海洋天然氣水合物資源試采作業證明，裸眼礫石充填防砂工藝雖然能在短期內達到較好的效果，但管外充填礫石層容易受壓降幅度和壓降速率等工程參數的影響。導致本次試采突發性大量出砂的原因主要有：①瞬間增大壓降幅度和壓降速率；②水合物分解，地層微粒產出，導致充填層外圍形成虧空，礫石層發生蠕動，地層與篩管環空出現缺口。以上特點決定了海洋天然氣水合物降壓開采過程中地層產出細砂在擋砂介質，尤其是在充填礫石層中的遷移規律與常規油氣井產出砂在礫石層中的遷移規律不同。目前已有部分學者提出了針對常規油氣井礫石充填層防砂效果的評價方法，但由于海洋天然氣水合物降壓開采過程中的地層滲流條件為氣液兩相滲流，管外虧空會隨著水合物的分解不斷增大進而導致充填礫石層蠕動翻轉，這將導致天然氣水合物資源降壓開采過程中，地層產出細砂或泥質顆粒在礫石層中的運移規律不同于常規油氣井礫石層內的細砂運移規律。尤其是對于我國南海北部粉砂質水合物儲層而言，泥質含量高、粒度細、不均勻系數大、分選性差，水合物分布模式為膠結充填型，水合物完全分解后地層處于松散狀態，因此降壓開采過程中地層細砂的產出過程可以近似視為松散堆積顆粒物在流體攜帶拖曳作用導致的。若降壓開采過程中如果采用礫石充填層作為擋砂介質，就必須對地層產出細砂在充填層中的運移規律進行室內評價分析，從而為后續防砂工藝參數的設計提供基礎依據。

公開號CN106353069A公開了一種水合物分解區松散沉積物中砂粒運移過程的微觀監測方法及裝置，其主要解決氣水兩相滲流條件下水合物分解區內均質地層的砂粒遷移過程和篩管擋砂條件下的近井地層砂粒堆積規律，為水合物分解后儲層出砂機理研究提供了支撐。但是該發明不涉及礫石充填防砂條件下當地層細砂從地層產出到井底之后的流動情況模擬，也未考慮井底防砂介質特別是充填礫石層中地層細砂的運移規律，因此無法對防砂條件特別是礫石充填防砂條件下實際井底出砂規律進行有效的分析。為此，建立一套實驗測試方法，通過模擬實驗研究水合物降壓開采過程中實際儲層氣液混合滲流條件下地層產出細砂在充填礫石層中的運移規律，對于評價優選最佳顆粒充填型防砂工藝參數具有十分重要的意義，其實驗結果可為后續防砂設計及生產制度的確定提供依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種降壓開采過程層中海洋天然氣水合物儲層產出細砂在充填礫石層中的運移規律的室內試驗方法，該方法假設水合物儲層松散沉積物中微粒產出過程主要受流體的攜帶作用產出。因此本方法基于細粒松散沉積物顆粒在一定氣水比氣液兩相一維滲流條件下被流體攜帶，并在大粒徑堆積礫石層內孔隙中的運移、堆積過程提出。由于氣相粘度較小，對固相顆粒的拖曳能力較差，再加上礫石充填層本身孔隙尺寸較大，氣體對固相微粒的拖曳作用進一步弱化。因此在實際儲層中可以忽略氣體對產出細砂的影響，僅考慮水對地層砂的拖曳作用。因此，本發明需要配合專用出砂模擬設備，在一維水流驅替條件下實現。

本發明采取的技術方案為：

水合物層產出細砂在礫石層中運移規律的試驗方法，具體包括如下步驟：

(1)向模擬充填礫石層子管內的一部分空間內填充礫石，填充礫石層的厚度為模擬充填礫石層子管體積的1/2～2/3，用液壓壓實裝置壓實；