[發明專利]天然氣水合物試采模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 201711240371.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107780888B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 吳能友;胡高偉;萬義釗;陳強;李彥龍;黃麗;劉昌嶺;王代剛;卜慶濤
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/34;E21B47/008
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 萬桂斌

本發明涉及一種天然氣水合物試采模擬裝置及方法。該裝置包括仿真實驗井、電潛泵舉升系統、地層模擬配注系統、分離計量系統和監控系統，仿真實驗井包括第一油管、第二油管和電潛泵舉升系統井下機組；地層模擬配注系統包括空氣壓縮注入裝置和水?砂混合注入裝置，空氣壓縮注入裝置與第一油管連接，水?砂混合注入裝置與第二油管連接；分離計量系統包括除砂器、水氣分離器和流量計，電潛泵舉升系統的流體出口與除砂器相連，除砂器與水氣分離器連接，水氣分離器的氣相出口與空氣壓縮注入裝置連接，水氣分離器的液相出口與水?砂混合注入裝置連接。該裝置可以進行井筒三相流動的人工舉升方式和操作參數優化研究，為水合物試采提供相關參數和技術支撐。

技術領域

本發明屬于非常規天然氣開采工程領域，具體涉及一種天然氣水合物試采模擬裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物是一種由水和天然氣在高壓、低溫條件下形成的非化學計量性籠狀晶體物質，主要分布于陸地永久凍土區和海洋大陸邊緣的沉積物中，具有資源量大、能量密度高、埋藏淺、分布廣等特點，它被普遍認為將是21世紀最有潛力的接替能源。20世紀80年代以來，美國、加拿大、日本、韓國等發達國家在天然氣水合物的研究方面給予了高度重視；出于能源戰略角度考慮，我國也將高效開采天然氣水合物列入中長期發展規劃，并2017年5月在中國南海神狐地區進行了海域天然氣水合物的首次試采，取得了持續時間最長、產氣總量最大、氣流穩定、環境安全等多項重大突破性成果，創造了產氣時長和總量的世界紀錄。

天然氣水合物開采過程中會發生大量分解，將對含水合物沉積層的力學性質產生不利影響，進而誘發井壁失穩、出砂、地層坍塌、海底滑坡甚至海嘯等工程地質災害。國際天然氣水合物的歷次試采經歷表明，地層出砂與人工舉升方式的聯動關系是影響水合物藏能否高效開采的關鍵科學問題。因此，在進行水合物商業化開采之前，通過實驗模擬的技術手段，研究人工舉升下的井筒出砂性質，認識氣、水、砂三相流動規律，對于地層出砂防治、人工舉升方式及試采規律研究等具有現實意義。但現有的模擬實驗裝置多局限于室內，模型尺度小，實驗條件也與儲層有較大差異，不能真實地反映實際沉積物中的水合物試采規律。如何在室外仿真實驗條件下，對天然氣水合物試采中水、氣、砂三相流動的人工舉升過程及操作參數進行優化研究，建立安全、高效的工程技術體系，是實際生產中需要解決的問題。

針對上述情況，有必要設計一種基于仿真實驗井的天然氣水合物試采模擬裝置，進行井筒氣、水、砂三相流動的人工舉升及操作參數優化研究，為水合物試采提供相關參數和技術支撐。

發明內容

為克服現有的模擬裝置實驗條件與儲層差異較大，不能真實反映實際沉積物中的水合物試采規律的缺陷，本發明提供一種基于仿真實驗井的天然氣水合物試采模擬裝置及方法，可根據研究需要對天然氣水合物試采井筒三相流動的人工舉升方式和操作參數進行控制，為仿真實驗設置初始條件。

為了實現以上目的，本發明提出了如下的技術方案：

一種天然氣水合物試采模擬裝置，包括仿真實驗井、電潛泵舉升系統、地層模擬配注系統、分離計量系統和監控系統，

所述仿真實驗井包括井筒，設置在井筒內的第一油管、第二油管和電潛泵舉升系統井下機組；

所述地層模擬配注系統包括空氣壓縮注入裝置和水-砂混合注入裝置，空氣壓縮注入裝置與第一油管連接，水-砂混合注入裝置與第二油管連接；注入裝置與第一油管連接，水-砂混合注入裝置與第二油管連接；

所述分離計量系統包括除砂器、水氣分離器和流量計，電潛泵舉升系統的流體出口與除砂器相連，除砂器與水氣分離器連接，水氣分離器的氣相出口與空氣壓縮注入裝置連接，水氣分離器的液相出口與水-砂混合注入裝置連接；水氣分離器的氣相出口和液相出口處均設置流量計；

所述監控系統與電潛泵舉升系統和地層模擬配注系統分別連接。

進一步地，所述空氣壓縮注入裝置包括空氣壓縮機和儲氣罐，儲氣罐與第一油管連接。