[實用新型]評價CO2/N2置換法開采水合物時井筒出砂與防砂的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921591245.0
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN211201912U
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方翔宇;寧伏龍;張凌;王林杰;李彥龍;劉志超;羅強;胡維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B49/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

本實用新型公開評價CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒出砂與防砂的裝置，其裝置包括高壓反應(yīng)釜、注氣注液系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、氣液固分離系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高壓反應(yīng)釜中部安裝有貫穿其底蓋的剛性管，注氣注液系統(tǒng)通過注氣注液口接入高壓反應(yīng)釜，壓力控制系統(tǒng)用于控制高壓反應(yīng)釜內(nèi)的軸壓、孔壓和回壓，氣液固分離系統(tǒng)用于收集實驗過程中產(chǎn)生的氣體、液體和固體，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集所有物理狀態(tài)信息。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、可靠性好，能夠模擬不同地質(zhì)條件下CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒內(nèi)的出砂情況，進(jìn)而評價CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒內(nèi)的出砂規(guī)律以及安裝不同防砂篩網(wǎng)后的防砂效果，為天然氣水合物勘探與開發(fā)提供技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及天然氣水合物勘探與開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及評價CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒出砂與防砂的裝置。

背景技術(shù)

天然氣水合物(簡稱水合物)是由水和氣體(主要為CH₄)在高壓低溫的條件下形成的似冰狀固體，俗稱可燃冰，水合物主要分布于海底和陸地凍土區(qū)，具有分布廣、儲量豐富、能量密度大等特點，被視為最具有潛力的非常規(guī)能源，我國于2017年11月16日將天然氣水合物列為第173個礦種。

目前水合物開采方法主要有降壓法、熱激發(fā)法、化學(xué)試劑法以及 CO₂/N₂置換法。前三種方法的基本思路是人為打破水合物存在的溫度與壓力平衡條件，使水合物發(fā)生分解，而CO₂/N₂置換法通過客體分子CO₂降低CH₄水合物中CH₄分子的分壓，形成CO₂水合物，并將CH₄分子置換出來，在置換過程中，CO₂水合物的生成過程提供了 CH₄水合物分解所需的熱量。CO₂/N₂置換法不僅可以開采水合物中的 CH₄，還可以實現(xiàn)CO₂地下封存，減小溫室效應(yīng)，并保持水合物地層的穩(wěn)定性，減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上的雙重意義，與傳統(tǒng)的水合物開采方法相比具有其無法比擬的優(yōu)勢。

水合物開采過程中會有砂產(chǎn)出，因而限制了水合物的安全高效開采，無論是2007年加拿大Mallik試開采井、2012年美國阿拉斯加 IgnikSikumi開采水合物試驗井，還是2013年和2017年日本兩次水合物試開采都出現(xiàn)了不同程度的出砂問題。目前國內(nèi)外已進(jìn)行的水合物開采出砂研究發(fā)現(xiàn)，引起出砂的主要原因可能是水合物分解對地層固結(jié)作用消失，并且分解過程中地層有效應(yīng)力增加引起儲層剪切破壞，產(chǎn)生可以移動的砂顆粒，同時孔隙水向井筒的流動又為砂顆粒移動提供了動力。CO₂/N₂置換法開采CH₄水合物時又可以形成CO₂水合物，水合物地層依然保持穩(wěn)定，地層有效應(yīng)力也不會有太大的變化，并且開采過程中置換出來的主要是CH4，向井筒流動的孔隙水可能非常少，因此CO₂/N₂置換法開采水合物從理論上可以很大程度地減少或者避免出砂問題。

目前使用實驗手段研究水合物開采中出砂規(guī)律與防砂效果的裝置較少，并且沒有針對CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒出砂與防砂的裝置及方法。CO₂/N₂置換法開采水合物時，水合物地層保持穩(wěn)定，地層有效應(yīng)力也不會有太大的變化，向井筒流動的孔隙水可能非常少，理論上可以很大程度地減少或者避免出砂問題，因此研制出能夠模擬CO₂/N₂置換法開采水合物時井筒的出砂情況的裝置，進(jìn)而評價水合物開采過程中井筒內(nèi)的出砂規(guī)律以及安裝不同防砂篩網(wǎng)后的防砂效果意義重大。

實用新型內(nèi)容