[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202111121168.4
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113898337A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 駱汀汀;張宸毅;韓濤;鄒蒂;趙曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 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(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴(yán)龍

本發(fā)明公開了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，本模型以安全、高效、持續(xù)開采天然氣水合物礦藏為研究背景，通過模擬天然氣水合物降壓開采井壁與沉積層相互作用，開展天然氣水合物降壓開采過程中井壁與沉積層相互作用規(guī)律定量化研究，能夠獲取井壁變形、破壞規(guī)律及破壞特征，揭示水合物開采過程中井壁受力規(guī)律及變形機理，建立海洋天然氣水合物降壓開采井筒設(shè)計理論。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及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。

背景技術(shù)

我國南海已探明天然氣水合物儲量達700Gt油當(dāng)量，實現(xiàn)其大規(guī)模資源開發(fā)和商業(yè)化利用對滿足我國能源需求和保障安全供給具有重要意義。2020年在南海神狐海域成功實施的天然氣水合物降壓試開采中，產(chǎn)氣總量達8.6×105m3，我國海洋天然氣水合物資源開發(fā)正從試開采階段向商業(yè)化開采階段邁進。然而，我國南海天然氣水合物主要賦存于細粒沉積物中，具有埋深淺、膠結(jié)性差等特點，在未來的試開采中，伴隨著開采面積的增大和產(chǎn)氣量的提高，井周開采區(qū)域會發(fā)生膠結(jié)弱化和強度衰減，其穩(wěn)定性和承載力會大幅降低，從而導(dǎo)致地層沉降、套管損壞和井壁失穩(wěn)等問題。因此，研究海洋天然氣水合物降壓開采過程中井壁受力與變形規(guī)律，構(gòu)建科學(xué)的井筒設(shè)計理論，對天然氣水合物安全、高效、持續(xù)開采具有重要意義，是天然氣水合物開采亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供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，其通過模擬天然氣水合物降壓開采井壁與沉積層相互作用，獲取井壁變形、破壞規(guī)律及破壞特征，揭示水合物開采過程中井壁受力規(guī)律及變形機理，建立海洋天然氣水合物降壓開采井筒設(shè)計理論。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種水合物開采井筒與沉積層相互作用模型，包括環(huán)境模擬系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、變形數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)、水合物合成-開采模擬系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)；

所述環(huán)境模擬系統(tǒng)包括裝置外殼，所述裝置外殼的內(nèi)腔設(shè)有土層，所述土層包括從下到上依次填充的下伏層、沉積層以及上覆層；

所述壓力控制系統(tǒng)連接環(huán)境模擬系統(tǒng)，用于向上覆層上方輸水以形成海水層進而向土層施加水壓；所述壓力控制系統(tǒng)向下伏層內(nèi)輸水并控制土層內(nèi)孔隙水壓；所述壓力控制系統(tǒng)同時還向沉積層施加地應(yīng)力；

所述水合物合成-開采模擬系統(tǒng)包括安裝于裝置外殼上端的井口和井筒，所述井筒伸入沉積層一段距離后向水平方向折彎；

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

所述變形數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)設(shè)在裝置外殼內(nèi)，用于采集井壁內(nèi)緣、井壁外緣以及沉積層外緣的溫度、應(yīng)變、應(yīng)力信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳遞至數(shù)據(jù)采集儀，所述數(shù)據(jù)采集儀與計算機電性相連；

所述溫度控制系統(tǒng)設(shè)在裝置外殼外圍用于控制內(nèi)部土層溫度。

優(yōu)選地，所述下伏層、沉積層及上覆層與裝置外殼之間的接觸面設(shè)有降摩阻層，所述降摩阻層用于在壓力控制系統(tǒng)施加軸壓時降低土層與裝置外殼之間的摩擦力。

優(yōu)選地，所述降摩阻層采用“三油兩膜”即二硫化鉬油+聚四氟乙烯膜的潤滑層來消除沉積層左右兩端的摩擦阻力。

優(yōu)選地，所述裝置外殼上端設(shè)有用于連通海水層和水壓泵的上通孔，所述裝置外殼下端設(shè)有連通下伏層與水壓背壓泵的下通孔，所述上通孔、下通孔內(nèi)均設(shè)置有透水石。

優(yōu)選地，所述壓力控制系統(tǒng)包括水壓泵、水壓背壓泵以及設(shè)在裝置外殼上端的壓力機；所述水壓泵通過水管連通裝置外殼內(nèi)腔上端，用于向上覆層上方輸水，所述水壓背壓泵通過水管連通下伏層，所述壓力機輸出端連接透水板，用于向沉積層施加地應(yīng)力。