[發明專利]一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型及其使用方法

在審

• 申請號: 202111121168.4
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113898337A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 駱汀汀;張宸毅;韓濤;鄒蒂;趙曉東
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/08;E21B41/00;E21B43/01;E21B43/16;E21B43/20;E21B43/295
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

1.一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，包括環境模擬系統、壓力控制系統、變形數據測量系統、水合物合成-開采模擬系統以及溫度控制系統；

所述環境模擬系統包括裝置外殼(6)，所述裝置外殼(6)的內腔設有土層，所述土層包括從下到上依次填充的下伏層(5)、沉積層(7)以及上覆層(21)；

所述壓力控制系統連接環境模擬系統，用于向上覆層(21)上方輸水以形成海水層(12)進而向土層施加水壓，用于向下伏層(5)內輸水并控制土層內孔隙水壓，用于向沉積層(7)施加地應力；

所述水合物合成-開采模擬系統包括安裝于裝置外殼(6)上端的井口(15)和井筒，所述井筒伸入沉積層(7)一段距離后向水平方向折彎；

所述井筒內貫穿有輸送管路，所述輸送管路一端伸入沉積層(7)，所述輸送管路的另一端連接外部泵組系統，所述泵組系統用于合成或分解水合物；

所述變形數據測量系統設在裝置外殼(6)內，用于采集井壁內緣、井壁外緣以及沉積層(7)外緣的溫度、應變、應力信號并將其轉換為電信號傳遞至數據采集儀(19)，所述數據采集儀(19)與計算機(20)電性相連；

所述溫度控制系統設在裝置外殼(6)外圍用于控制內部土層溫度。

2.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述下伏層(5)、沉積層(7)及上覆層(21)與裝置外殼(6)之間的接觸面設有降摩阻層(22)，所述降摩阻層(22)用于在壓力控制系統施加軸壓時降低土層與裝置外殼(6)之間的摩擦力。

3.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述降摩阻層(22)采用二硫化鉬油+聚四氟乙烯膜形成的潤滑層。

4.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述裝置外殼(6)上端設有用于連通海水層(12)和水壓泵(2)的上通孔，所述裝置外殼(6)下端設有連通下伏層(5)與水壓背壓泵(3)的下通孔，所述上通孔、下通孔內均設置有透水石(4)。

5.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述壓力控制系統包括水壓泵(2)、水壓背壓泵(3)以及設在裝置外殼(6)上端的壓力機(14)；所述水壓泵(2)通過水管連通裝置外殼(6)內腔上端，用于向上覆層(21)上方輸水，所述水壓背壓泵(3)通過水管連通下伏層(5)，所述壓力機(14)輸出端連接透水板(13)，用于向沉積層(7)施加地應力。

6.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述井筒包括與井口(15)下端連接的導管(17)，所述導管(17)下端伸入上覆層(21)并連接套管(24)，所述套管(24)伸入沉積層(7)一段距離后向水平方向折彎并連接裸管(25)。

7.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述溫度控制系統包括若干圈環繞在裝置外殼(6)外側的螺旋形水囊(23)，所述水囊(23)與水浴(1)相連，所述水浴(1)向水囊(23)內輸送冷卻循環液。

8.如權利要求1所述的一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，其特征在于，所述變形數據測量系統包括分別與數據采集儀(19)電性連接的若干溫度應變分布式光纖、應變計(16)以及微型壓力盒(18)；

所述溫度應變分布式光纖、應變計(16)以及微型壓力盒(18)設置在井壁內緣、井壁外緣以及沉積層(7)外緣，用于采集溫度、應變、應力信號并轉換為電信號傳遞至數據采集儀(19)；所述數據采集儀(19)與計算機(20)電性相連。