模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统技术方案

本实用新型专利技术涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种模拟水合物仿真开采的气‑水‑砂三相配注系统，包括地下模拟井筒、水配注系统、砂配注系统、水砂混合系统和气配注系统。本实用新型专利技术的系统提供一种适用于水合物仿真开采实验井的气水砂三相配注系统及方法，可以分别控制水砂混合液和高压气体按额定速率均匀注入仿真井，并能够对注入物质进行计量，通过精确控制气‑水‑砂三相混合比例、供给量以及在井筒中的供给位置，达到模拟不同条件下水合物分解过程储层水气砂的产出特征的目的，并为开展水合物试采体系仿真实验提供基础。

Gas water sand three phase distribution system for simulating hydrate exploitation

The utility model relates to the technical field of offshore natural gas hydrate resources development, in particular to a gas-water-sand three-phase injection system for simulating hydrate exploitation, which comprises an underground simulation well bore, a water injection system, a sand injection system, a water-sand mixture system and a gas injection system. The system of the utility model provides a gas-water-sand three-phase injection system and a method suitable for the experimental well of hydrate simulation exploitation, which can control water-sand mixture liquid and high-pressure gas to be injected into the simulation well evenly according to the rated rate respectively, and can measure the injected material, and precisely control the gas-water-sand three-phase mixture ratio. The supply quantity and the supply position in the wellbore can simulate the production characteristics of water gas sand in reservoir during hydrate decomposition under different conditions, and provide the basis for the simulation experiment of hydrate production test system.

【技术实现步骤摘要】
模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统
本技术涉及海洋天然气水合物资源开发工程
，具体涉及一种模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统。
技术介绍
天然气水合物资源潜力巨大，水合物资源试采已经成为国际热点领域。目前已有美国、加拿大、俄罗斯、日本、中国等国家先后在陆域和海域开展了水合物开采试点研究，从获得的资料与进展来看，降压法是开采水合物最为经济高效的技术手段，依靠电潜泵等人工举升方法抽取储层自由水从而降低压力使水合物分解，由于压差驱动，气-水-砂三相自储层向井筒运移，经过防砂设施后气-水和少量砂进入井筒举升至地面。截至目前只有日本和中国先后实施过三次短期的海域天然气水合物试采，试采技术体系距离产业化应用还有很长的路要走。不同海域水合物储层的沉积物粒度、含水量、矿物成分、温度压力条件及水合物饱和度都不同，相应的需要优选高效的防砂方式、人工举升设备。建立水合物仿真开采实验井来模拟不同类型水合物储层的分解特征，进而开展一系列仿真实验验证并优化试采过程的防砂、气液分离、人工举升等关键技术与方法无疑能够为尽快完善试采技术体系提供大量翔实可靠地资料，加快推进产业化进程。
技术实现思路
为了开展一系列仿真实验验证并优化试采过程的防砂、气液分离、人工举升等关键技术，进而加快推进天然气水合物资源试采的产业化进程，本技术提出一种模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，用以模拟不同条件下水合物分解过程储层水气砂的产出特征的目的，为开展水合物试采体系仿真实验提供基础。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，包括地下模拟井筒、水配注系统、砂配注系统、水砂混合系统和气配注系统；所述水配注系统包括水箱，所述水箱通过进水管线连接到水砂混合系统，所述进水管线上设置有第一手动球阀、第一调节阀、管道泵和第一流量计；所述砂配注系统通过进砂管线连接到水砂混合系统；所述水砂混合系统包括水砂混合箱，所述水砂混合箱通过进液管线通入到地下模拟井筒中，所述进液管线上设置有第二手动球阀、第二流量计、渣浆泵、第一压力变送器和第二调节阀；所述气配注系统包括空气压缩机，所述空气压缩机通过气注入管线通入到地下模拟井筒中，所述气注入管线上设置有高真空蝶阀、流量检测单元、第二压力变送器、气动球阀和单向止回阀。进一步地，所述地下模拟井筒的井口密封安装有环形钢板，所述进液管线和气注入管线穿过环形钢板通入到地下模拟井筒内，所述进液管线和气注入管线与环形钢板之间密封连接。进一步地，所述水箱顶部分别设置有进水孔和溢水孔，底部设置有排水孔，所述水箱内设置有液位开关，所述水箱的进水孔连接到水源，所述水箱排水孔与进水管线的入口相连。进一步地，所述砂配注系统包括储砂仓、砂斗、出砂器和称重系统，所述储砂仓和砂斗均为漏斗状，所述储砂仓的出料口正对砂斗的进料口设置，所述储砂仓的出料口处设置有第一气动阀门，所述砂斗的内部从上至下依次设置有上料位和下料位，所述上料位和下料位上分别设置有检测传感器，所述砂斗的出料口与出砂器的进料口相连，所述砂斗的出料口处设置有第二气动阀门，所述称重系统设置在出砂器的下方。进一步地，所述水砂混合箱内设置有垂直连接的加砂管和流体管，所述加砂管竖直设置，其上口连接有进料漏斗，下口与水平设置流体管相贯通，流体管的入口与进水管线的出口相连，出口与进液管线的入口相连，所述进料漏斗与出砂器的出料口相连。进一步地，所述进料漏斗的上部设置有液位上限监测器。进一步地，所述渣浆泵为凸轮式转子泵。进一步地，所述第二流量计为旋进涡流式流量计。本技术的另一个目的在于提供一种模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注方法，包括以下步骤：S1.检查各部分硬件是否能正常工作，管线密封性是否良好，并将水-气-砂原材料准备齐全；S2.根据实验要求设定注气速率、注水速率和水-砂混合比例；S3.打开第一手动球阀和第一调节阀后，启动管道泵，将水注入到水砂混合箱中，通过调节第一调节阀的开合来控制水流量的大小；S4.打开第一气动阀门将砂从储砂仓中注入到砂斗中，打开第二气动阀门将砂注入到水砂混合箱中，通过称重系统确定给砂速度；S5.打开第二手动球阀和第二调节阀后，启动管道泵，将水砂混合物通过进液管线注入到地下模拟井筒中，通过调节第二调节阀的开合来控制水砂混合物流量的大小；S6.打开高真空蝶阀，启动空气压缩机，通过流量检测单元和第二压力变送器判断气路状态，并通过调节气动球阀开合大小控制气流，气流经过单向止回阀后由气注入管线注入到地下模拟井筒中。本技术的系统提供一种适用于水合物仿真开采实验井的气水砂三相配注系统及方法，可以分别控制水砂混合液和高压气体按额定速率均匀注入仿真井，并能够对注入物质进行计量，通过精确控制气-水-砂三相混合比例、供给量以及在井筒中的供给位置，达到模拟不同条件下水合物分解过程储层水气砂的产出特征的目的，并为开展水合物试采体系仿真实验提供基础。附图说明图1为本技术的系统的结构组成示意图；图2为砂配注系统的结构组成示意图；图3为水砂混合系统的结构组成示意图；上述图中：1-地下模拟井筒；2-水配注系统；21-水箱；22-进水管线；23-第一手动球阀；24-管道泵；25-第一流量计；26-第一调节阀；3-砂配注系统；31-储砂仓；32-砂斗；33-出砂器；34-称重系统；35-上料位；36-下料位；37-第二气动阀门；38-进砂管线；39-第一气动阀门；4-水砂混合系统；41-水砂混合箱；42-加砂管；43-流体管；44-进料漏斗；45-进液管线；46-第二手动球阀；47-第二流量计；48-渣浆泵；49-第一压力变送器；410-第二调节阀；5-气配注系统；51-空气压缩机；52-气注入管线；53-高真空蝶阀；54-流量检测单元；55-第二压力变送器；56-气动球阀；57-单向止回阀。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1本技术的模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，如图1所示，包括地下模拟井筒1、水配注系统2、砂配注系统3、水砂混合系统4和气配注系统5。其中，所述地下模拟井筒1的井口密封安装有环形钢板。所述水配注系统2包括水箱21，所述水箱21通过进水管线22连接到水砂混合系统4，所述进液管线45穿过环形钢板通入到地下模拟井筒1内，所述进液管线45与环形钢板之间密封连接。所述进水管线22上设置有第一手动球阀23、第一调节阀26、管道泵24和第一流量计25。其中，第一手动球阀23用于控制进水管线22的开闭；第一调节阀26用于调节水流量的大小；管道泵24用于将水注入到水砂混合系统4中，第一流量计25用于计量水的注入量。所述水箱21顶部分别设置有进水孔和溢水孔，底部设置有排水孔，所述水箱21内设置有液位开关，所述水箱21的进水孔连接到水源，所述水箱21排水孔与进水管线22的入口相连。砂配注系统3包括储砂仓31、砂斗32、出砂器33和称重系统34，如图2所示，所述储砂仓31和砂斗32均为漏斗状，储砂仓31的出料口正对砂斗32的进料口设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟水合物仿真开采的气‑水‑砂三相配注系统，其特征在于，包括地下模拟井筒(1)、水配注系统(2)、砂配注系统(3)、水砂混合系统(4)和气配注系统(5)；所述水配注系统(2)包括水箱(21)，所述水箱(21)通过进水管线(22)连接到水砂混合系统(4)，所述进水管线(22)上设置有第一手动球阀(23)、第一调节阀(26)、管道泵(24)和第一流量计(25)；所述砂配注系统(3)通过进砂管线(38)连接到水砂混合系统；所述水砂混合系统(4)包括水砂混合箱(41)，所述水砂混合箱(41)通过进液管线(45)通入到地下模拟井筒(1)中，所述进液管线(45)上设置有第二手动球阀(46)、第二流量计(47)、渣浆泵(48)、第一压力变送器(49)和第二调节阀(410)；所述气配注系统(5)包括空气压缩机(51)，所述空气压缩机(51)通过气注入管线(52)通入到地下模拟井筒(1)中，所述气注入管线(52)上设置有高真空蝶阀(53)、流量检测单元(54)、第二压力变送器(55)、气动球阀(56)和单向止回阀(57)。

【技术特征摘要】
1.模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，其特征在于，包括地下模拟井筒(1)、水配注系统(2)、砂配注系统(3)、水砂混合系统(4)和气配注系统(5)；所述水配注系统(2)包括水箱(21)，所述水箱(21)通过进水管线(22)连接到水砂混合系统(4)，所述进水管线(22)上设置有第一手动球阀(23)、第一调节阀(26)、管道泵(24)和第一流量计(25)；所述砂配注系统(3)通过进砂管线(38)连接到水砂混合系统；所述水砂混合系统(4)包括水砂混合箱(41)，所述水砂混合箱(41)通过进液管线(45)通入到地下模拟井筒(1)中，所述进液管线(45)上设置有第二手动球阀(46)、第二流量计(47)、渣浆泵(48)、第一压力变送器(49)和第二调节阀(410)；所述气配注系统(5)包括空气压缩机(51)，所述空气压缩机(51)通过气注入管线(52)通入到地下模拟井筒(1)中，所述气注入管线(52)上设置有高真空蝶阀(53)、流量检测单元(54)、第二压力变送器(55)、气动球阀(56)和单向止回阀(57)。2.根据权利要求1所述的模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，其特征在于：所述地下模拟井筒(1)的井口密封安装有环形钢板，所述进液管线(45)和气注入管线(52)穿过环形钢板通入到地下模拟井筒(1)内，所述进液管线(45)和气注入管线(52)与环形钢板之间密封连接。3.根据权利要求1所述的模拟水合物仿真开采的气-水-砂三相配注系统，其特征在于：所述水箱(21)顶部分别设置有进水孔和溢水孔，底部设置有排水孔，所述水箱(21)内设置有液位开关，所述水箱(21)的进水孔连接到水源...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，胡高伟，吴能友，万义钊，李彦龙，黄丽，王代刚，刘昌岭，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37