[發明專利]天然氣水合物開采過程中防砂篩管堵塞特性的評價實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201711040805.9
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107860569B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 廖華林;董林;牛繼磊;林英松;楊帥;陳立濤;徐玥;王宏亮
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N15/00;G01N15/02;G01N15/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 邵朋程

本發明公開一種天然氣水合物開采過程中防砂篩管堵塞特性的評價實驗裝置及方法，該裝置包括實驗裝置本體、支撐座、供液系統、供氣系統和流體導出采集系統，實驗裝置本體縱向安裝在支撐座上，并能夠在支撐座上縱向轉動；實驗裝置本體包括反應釜、恒溫夾套、防砂篩管模塊、壓力傳感器、溫度傳感器和電阻率傳感器等，在反應釜的周壁上設置有釜體接口，在恒溫夾套的周壁上對應釜體接口的位置處設置有外接口。本發明能夠通過實驗模擬不同地層條件和開采條件下的防砂篩管堵塞情況以及出砂過程中地層因素對篩管堵塞的影響，可通過分析粒度分布特征和篩管擋砂介質單元壓力、流量以及滲透率變化來分析水合物開采過程中出砂造成的篩管堵塞特性變化。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采技術領域，具體地說是涉及疏松砂巖地層水合物開采過程中出砂對防砂篩管堵塞特性評價研究的實驗裝置及實驗方法。

背景技術

天然氣水合物具有分布廣泛、儲量巨大、能量密度高和綠色清潔等特點，是潛力巨大的后續能源，也是重要的戰略能源之一。在水合物開采過程中，水合物分解后地層力學性質改變，儲層砂粒被地層流體攜帶進入井筒或到達地面，造成井壁失穩、堵塞篩管、開采減產和地層坍塌等一系列的問題。疏松砂巖地層膠結性差，在水合物開采過程中出砂嚴重，極易造成擋砂介質堵塞。

如果流體攜帶的地層砂進入擋砂介質，侵入擋砂層內部的地層砂無法排出會造成擋砂層滲透率降低，造成擋砂介質堵塞或防砂篩管失效，進而嚴重影響開采井產能。近井地帶擋砂介質堵塞會使滲透率降低，不利于流體順利通過擋砂層，進而影響產能；若近井地帶的礫石充填層充填不均勻或不密實，流體通過擋砂層時也會導致擋砂層防砂顆粒的蠕動運移或翻轉，逐漸形成流動優勢通道，導致防砂失效，生產井大量出砂；產出砂在井筒中沉積會造成井筒沉砂堵塞，妨礙流體通過流動通道，降低生產效率；出砂造成的電潛泵堵塞則會使泵效降低，在開采過程中不得不進行頻繁的啟停操作，嚴重影響開采作業；井筒堵塞與含砂混合液造成井底壓降不足影響水合物的進一步分解，嚴重制約水合物的開采。

為了準確了解水合物儲層出砂的特性，減輕地層出砂對天然氣水合物開采的影響，指導水合物開采的順利進行，相關人員對天然氣水合物開采出砂的問題進行了大量的研究，發明了能夠對天然氣水合物開采中出砂過程進行模擬的實驗裝置，研究了天然氣水合物開采出砂問題的影響因素，提出了天然氣水合物開采過程中防砂的相關技術方案。

當前的水合物實驗研究主要集中于水合物的開采裝置設計及防砂方法的概念設計，對于開采過程中的出砂行為及出砂造成的防砂篩管堵塞問題研究較少?，F有的大部分篩管堵塞實驗裝置主要是常溫常壓下設計的，不能滿足水合物溫壓條件；水合物生成過程中水合物的生成區域不能控制，導致篩管模擬部分存在未分解的水合物，不符合實際情況，進而影響測試結果；沒有對堵塞程度的定量分析，缺少對出砂過程前后篩管堵塞情況的對比研究；沒有關注出砂前后近井地帶地層顆粒的運移規律，缺少相應的擋砂介質滲透率變化的機理分析。

發明內容

基于上述技術問題，本發明提供一種天然氣水合物開采過程中防砂篩管堵塞特性的評價實驗裝置及方法。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種天然氣水合物開采過程中防砂篩管堵塞特性的評價實驗裝置，包括實驗裝置本體、支撐座、供液系統、供氣系統和流體導出采集系統；

實驗裝置本體包括反應釜，反應釜的內部為反應腔，在反應腔內充填礫石，在反應釜的外部設置有恒溫夾套，恒溫夾套與內部反應釜之間形成換熱腔室，在換熱腔室內充注換熱氣體或液體；在反應釜的頂底兩端設置有釜體接頭，在釜體接頭上安裝壓力傳感器，在位于反應釜頂端的釜體接頭處設置有防砂篩管模塊；在反應釜的周壁上設置有若干個釜體接口，在恒溫夾套的周壁上對應釜體接口的位置處設置有若干個外接口，外接口與釜體接口對應連接，在外接口上安裝有電阻率傳感器和溫度傳感器；在恒溫夾套的頂底兩端設置有端蓋，端蓋通過螺栓與恒溫夾套固定連接，其中恒溫夾套的底端端蓋設置有流體入口，流體入口與內部反應釜之間通過連接管相連通，恒溫夾套的頂端端蓋設置有與內部反應釜連通的流體出口；