[發明專利]天然氣水合物開采防砂試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710675270.6
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107462677A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 葉成明;何計彬;李小杰;解偉;潘德元
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局水文地質環境地質調查中心
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司11100
• 代理人: 張衛華

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采防砂試驗裝置及方法，屬于天然氣水合物開采防砂工藝試驗領域。

背景技術

天然氣水合物，一種由甲烷等氣體和水分子在高壓低溫條件下形成的類冰狀固體，作為新世紀最理想的潛在替代能源正日益引起世界各國高度重視。天然氣水合物儲存于極地多年凍土帶以及水深500米或更深的海底以下數百米的沉積層中，其在低溫和高壓環境中呈穩定狀態。目前國內外基于天然氣水合物的合成、分解及開采工藝方法進行了較多研究，大部分的實驗研究還處于天然氣水合物相平衡和動力學的基礎理論領域。近年來，國外實施了多次水合物試采工程，幾乎每一次天然氣水合物試采部因為出砂嚴重而被迫終止，因此，水合物儲層的山砂問題已成為制約天然氣水合物有效安全開發的關鍵因素。

目前，油氣井領域針對顆粒粒徑40um以上的中、粗砂儲層使用的防砂方式與開展的防砂試驗裝置研究較多，主要為液、固兩相流狀態或氣、固兩相流狀態，每種防砂實驗裝置都有各自的特點及其適應性。

對于天然氣水合物開采儲層巖性為膠結強度較差的泥質粉細砂地層以及開采過程中涉及高壓條件下氣、液、固三相流耦合而言，尚無任何防砂工藝試驗裝置可供借鑒。天然氣水合物開采過程的山砂量與產能開僅與防砂方式、擋砂精度密切相關，還與砂粒粒徑、泥質含量、泥質中粘土礦物組份以及流體粘度、流速、生產壓差、壓差的變化程度等一系列因素相關，這是非常復雜的一個過程。因此，需要研制山一種能在實驗室內開展模擬天然氣水合物開采過程山砂機理、規律與防砂效果及抗堵能力的高、低壓試驗裝置，用于為天然氣水合物開采中的防砂方案制定、防砂工藝參數優化及產能預測提供技術支撐。

發明內容

鑒于上述，本發明的目的是提供一種天然氣水合物開采防砂模擬高、低壓試驗裝置及試驗方法，以使試驗獲取的各種數據，能更加明顯地反應山天然氣水合物在開采過程的不同階段中，在不同的高、低壓差條件下，氣液固三相流耦合作用的山砂、防砂效果。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種天然氣水合物開采防砂試驗裝置，包括：

反應釜，包括釜蓋、筒體和底堵，其中：釜蓋上設安裝孔，該安裝孔上安裝進氣管路；筒體內腔的中部上層為用于容納氣液固三相流砂漿的上容納腔，上容納腔的側壁上設置有液固兩相流注入端口；筒體內腔的中部下層為容納擋砂礫石充填層的下容納腔，擋砂礫石充填層的上、下分別設上防砂網和下防砂網；底堵上設山砂管；

活塞攪拌容器，用于攪拌固液兩相砂漿，包括頂蓋、一端開口一端封閉的圓柱筒，頂蓋內裝有活塞，圓柱筒底部內腔裝有由攪拌電機驅動的攪拌葉片，圓柱筒內腔設置排漿端口，排漿端口經管路連接反應釜的液固兩相流注入端口；

恒速恒壓平流泵，用于驅動活塞攪拌容器的活塞；

恒溫恒壓供氣裝置，用于向反應釜的上容納腔供氣，恒溫恒壓供氣裝置與安裝在反應釜釜蓋上的進氣管路連接；

數據采集模塊，其與設置于反應釜的釜蓋、筒體、的底端和活塞攪拌容器上的溫度、壓力、流量傳感器探頭相連。

進一步地：

所述反應釜的筒體的上容納腔的側壁上設置有液固兩相流注入管路的安裝孔，其通過高壓軟管與活塞攪拌容器底端的排漿端口相連；

所述反應釜的筒體的下容納腔的內側壁上設置有下防砂網定位臺階；

所述反應釜的底堵沿軸線方向設置有與下容納腔導通的山砂流道，該山砂流道與山砂管相通。

所述反應釜的釜蓋通過螺紋和密封圈與筒體連接密封。

所述反應釜的液固兩相流注入端口依次通過控制閥門、液固兩相流量傳感器、高壓軟管與所述活塞攪拌容器的排漿端口相連。

所述反應釜的筒體內腔的上部設有與釜蓋上的安裝孔連接的山氣端口，該山氣端口呈中空圓柱狀、底部或環狀側壁均勻分布山氣小孔。

所述活塞攪拌容器的排漿端口設置在圓柱筒內腔的底端側方；

所述活塞攪拌容器的頂蓋內部設置容納活塞的空腔，頂蓋上設置有加壓口并與所述恒速恒壓平流泵的輸山端相連；

所述活塞的上端穿過頂蓋上的活塞安裝孔，活塞的底端置于液、固兩相流砂漿的上方，通過活塞給液固兩相流砂漿施加壓力。

一種天然氣水合物開采防砂試驗方法，其包括以下步驟：

1)構建包括反應釜、活塞攪拌容器、恒速恒壓平流泵、恒溫恒壓供氣裝置、數據采集模塊組成的試驗裝置；

2)將不同粒徑規格及不同厚度的擋砂礫石裝入反應釜的容納擋砂礫石的容納腔內，并充分振動壓實，用以模擬天然氣水合物實際開采井的擋砂礫石充填層；