[發明專利]上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 202010440680.4
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111691856B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 廖晉;梁豪;姚哲;郭書生;廖高龍
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司湛江分公司;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江）
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/01;E21B47/00;E21B47/11
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

1.一種上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，包括注氣單元、注水單元、儲層模擬單元、氣液分離單元、數據采集系統；

所述儲層模擬單元浸沒在水浴加熱槽內，儲層模擬單元包括立方體形狀的密封箱體，箱體內腔由水平設置的兩個隔板分割為上、中、下三層腔體，上、中、下三層腔體分別作為上覆水層區域、水合物儲層區域、邊低水層區域，每個區域均設置有注水口、進氣口、壓力計、溫度計，注水口與注水單元連接，進氣口與注氣單元連接；每個區域內均填充多孔介質；

所述隔板內部設置層間控制機構，層間控制機構包括在隔板上開設的上下貫通的方形通孔、隔板一側面開設垂直于隔板側面的螺紋孔，螺紋孔的中軸線與方形通孔的一條水平方向的中軸線重合，螺紋孔穿過方形通孔并直線延伸至方形通孔的另一側面內部，螺紋孔內底端設置彈簧，螺桿由箱體外部插入螺紋孔內，位于箱體外部的螺桿前端設有螺栓，螺桿的直徑大于方形通孔的寬度，能夠將方形通孔完全封堵，且在螺桿上設置有與方形通孔尺寸相同的另一個方形通孔，通過旋轉調整螺栓改變螺桿方形通孔與隔板方形通孔的對齊度，實現隔板方形通孔的開啟或關閉，以實現上覆水層區域與水合物儲層區域之間，水合物儲層區域與邊低水層區域之間的連通或隔絕；所述隔板的方向通孔上設置防砂布；

所述箱體內設置直立的直井井筒和水平方向的水平井井筒，直井井筒貫穿上覆水層區域、水合物儲層區域和邊低水層區域，水平井井筒位于水合物儲層區域；水平井井筒和直井井筒均用防砂布包裹，且設置有射孔；直井井筒的生產出口和水平井井筒的生產出口均連接至氣液分離單元，且在直井井筒和水平井井筒的生產出口與氣液分離單元之間的管路上設有回壓閥；

所述注氣單元包括依次連接的甲烷存儲罐、氣體增壓泵、高壓氣體存儲罐，氣體增壓泵還與空氣壓縮機連接，高壓氣體存儲罐的出氣口同時連接上覆水層區域、水合物儲層區域、邊低水層區域的進氣口；

所述注水單元包括帶恒溫水浴的去離子水罐、與水罐連接的注水泵，注水泵出口同時連接上覆水層區域、水合物儲層區域、邊低水層區域的注水口。

2.如權利要求1所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，所述氣液分離單元包括氣液分離器，氣液分離器的氣體出口連接氣體流量計，氣液分離器底部設置天平。

3.如權利要求2所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，所述數據采集系統與所有壓力計、溫度計、氣體流量計、回壓閥連接。

4.如權利要求1所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，所述密封箱體由方形的上端開口的第一箱體單元、方形的第二箱體單元、方形的第三箱體單元、方形頂蓋四部分拼接構成；其中，第二箱體單元和第三箱體單元結構相同，第二箱體單元的上下兩端開口，箱體內中部設置與箱體一體成型的隔板將箱體內部空間分為上下兩層。

5.如權利要求4所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，所述第一箱體單元上端開口位置安裝第二箱體單元的下端開口，第二箱體單元的上端開口與第三箱體單元的下端開口連接，第三箱體單元的上端開口連接方形蓋板；第一箱體單元與第二箱體單元的連接處、第二箱體單元與第三箱體單元之間的連接處、第三箱體單元與方形蓋板之間的連接處均設有密封圈并通過方形卡箍固定連接，最終形成密封箱體；方形蓋板中心、第三箱體的隔板中心、第二箱體的隔板中心均設置用于安裝直井井筒的安裝孔，三個安裝孔上下重合對齊，且位于密封箱體的豎直中心線上。

6.如權利要求4所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，直井井筒表面設有螺紋，安裝孔內壁設置螺紋，直井井筒通過旋轉的方式安裝在安裝孔內，且在方形蓋板外側中心的安裝孔位置設置緊固密封件用于緊固直井井筒。

7.如權利要求1所述的上覆和邊低水層對甲烷水合物開采影響模擬裝置，其特征在于，位于上覆水層區域和邊低水層區域的直井井筒上可以射孔，也可以不射孔。

8.一種采用如權利要求1-7任意一項所述的模擬裝置進行實驗的方法，其特征在于，步驟如下：

S1、安裝儲層模擬單元：依次將邊低水層區域、水合物儲層區域、上覆水層區域內填充多孔介質，并安裝水平井井筒和直井井筒，最后安裝方形頂蓋密封；

S2、將儲層模擬單元放置浸沒在水浴加熱槽內，并將溫度調節到實驗溫度并恒溫；

S3、將去離子水罐中的水注入邊低水層區域，打開直井井筒的生產出口排出里面的空氣，直到去離子水完全浸沒，開始加入示蹤劑；然后先后向水合物儲層區域和上覆水層區域注入含不同示蹤劑的去離子水，三個區域的壓力保持與實際地層壓力相似，確保含示蹤劑的去離子充分與多孔介質接觸；

S4、關閉上覆水層區域和邊低水層區域的進氣口，向水合物儲層區域注入甲烷氣體；

S5、將水浴加熱槽的溫度調節至實際儲層的溫度，關閉水合物儲層區域進氣口，開始生成水合物；

S6、在水合物生成期間，依次向上覆水層區域和邊低水層區域注入含示蹤劑的去離子水至水合物生成最終壓力；

S7、打開回壓閥降壓；

S8、根據實驗需要，調節位于密封箱體外部的螺栓，改變螺桿的方形通孔與隔板的方向通孔重合對齊程度，以改變三個區域之間相互連通性，驗證上覆水層區域和邊低水層區域對水合物儲層區域開采的影響；

S9、打開直井井筒的生產出口，或水平井井筒的生產出口，開始降壓開采；

S10、產出的甲烷和水進入氣液分離器進行分離，產出甲烷氣體由氣體流量計測量，產出水由天平稱量；整個實驗過程中，壓力計和溫度計數據通過數據采集系統采集并傳輸到計算機。