机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统，能够同时模拟气液流向、流型、温压条件的差异对筛网中水合物微观富集堵塞机理的影响，所述系统包括多方位筛网角度调整模块及筛网角度调节装置。通过该系统及方法实现海洋天然气水合物开采井中筛网网片片上天然气水合物易生成位置的预判、水合物富集堵塞规律的模拟，从而对水合物开采井尤其是水平井段筛管导流槽的设计提供依据，为实际开采井中筛管由于水合物富集堵塞后的解堵方案提供建议。

【技术实现步骤摘要】
机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统
本技术属于天然气水合物开采领域，具体涉及一种模拟海洋水合物开采井中控砂筛管的筛网介质内水合物二次生成与富集堵塞微观机理的评价系统。
技术介绍
天然气水合物是一种能量密度极高的清洁化石能源，全球约90％以上的天然气水合物赋存在海洋浅层沉积环境中，少数存在于永久冻土层当中。世界各国对天然气水合物的开发和利用进行着不断的探索，并进行了多次开采试验。我国于2017年首次在南海神狐海域开采了天然气水合物，并获得了产气时长和累计产气量两项重大突破。但无论是我国天然气水合物试采还是国外的历次天然气水合物试采，出砂问题始终存在并且在部分试采中成为制约其试采工程失败的罪魁祸首。因此，要保证天然气水合物资源的长效安全试采，必须在井底安装适当的控砂介质进行控砂，其中最常用的控砂介质即为网片型机械筛管。网片型机筛管通常由外保护罩、筛网网片、基管三部分构成。其中筛网网片是主要的控砂单元，也是筛管中最“脆弱”的部件，在实际矿场使用中筛网网片可能面临着严重的被冲蚀风险和堵塞风险。因此，在常规油气田开发过程中，通常在外保护罩内侧设计特殊结构的导流装置，以缓解由于泥砂正面冲击筛网网片造成的筛管冲蚀破坏；利用筛网网片金属丝的外楔形结构和多场网片之间的支撑层配合以缓解泥质等细颗粒对网片造成的堵塞。但是，对于天然气水合物开采井而言，机械筛管面临的工况更为复杂，除了上述泥砂对筛网网片的冲蚀破坏、泥质等细颗粒对网片的堵塞外，水合物开采井中面临的新的难题就是由于水合物在筛管(尤其是在筛网网片)中的二次形成导致的筛管渗透率严重下降问题。筛网网片中水合物二次富集堵塞与泥质堵塞叠加，对实际天然气水合物的生产造成极其不利的影响。但目前通用的机械筛管结构设计均未考虑水合物在筛网网片中的微观富集堵塞的影响，也尚无任何关于筛网网片中天然气水合物二次富集堵塞规律研究的模拟装置。因此，为了设计研发具有特殊结构的专门针对天然气水合物开采井的防砂筛管，必须对水合物开采过程中其在筛网网片中的优先生成位置、微观影响机理有清晰的认识，从而再设计水合物开采井专用筛管结构特别是导流槽及筛网网片组合时具有更强的针对性。因此，针对上述问题，提出一种机械筛网网片内水合物微观富集与堵塞机理评价装置则成为本技术所面临的重要课题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够同时模拟气液流向、流动型态、温压条件对筛网中水合物微观富集堵塞机理影响的评价系统。通过该系统实现海洋天然气水合物开采井中筛网网片上天然气水合物易生成位置的预判、水合物富集堵塞规律的模拟，从而对水合物开采井尤其是水平井段筛管导流槽的设计提供依据，为实际开采井中筛管由于水合物富集堵塞后的解堵方案提供建议。本技术是采用以下的技术方案实现的：一种机械筛网水合物微观富集与堵塞机理评价系统，包括：供给模块，用以提供甲烷和蒸馏水；循环模块，用以提供所需流型和气液比，包括出口、入口及真空泵；恒温模块，用以提供恒定的温度；多方位筛网固定模块，位于恒温模块内，包括圆形滑轨，位于滑轨圆心处的电机，沿滑轨均布的四个筛网固定装置，该四个筛网固定装置通过直角连接硬管串联，每个直角管的竖边和横边上各固定有与滑轨动配合的滑轮，该两滑轮通过皮带与电机相连，其中一个直角管分为两段，一段通过软管连循环模块的入口，另一段通过软管连循环模块的出口；所述筛网固定装置包括公头、母头以及安装时位于公头、母头之间的筛网角度调节装置，该调节装置包括两圆柱，两圆柱之间为筛网对接面，且各圆柱的对接面与底面之间开有若干贯通孔。数据采集模块，用以采集系统数据。进一步地，所述直角连接硬管为透明耐高压管。进一步地，所述两圆柱之间的对接面为斜面，该斜面的倾斜角度为80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°或10°°。当然，所述两圆柱之间的对接面也可为垂直面。进一步地，所述数据采集模块包括：压力传感器、温度传感器、压差传感器以及光学摄像头和高速摄像机，所述压差传感器位于多方位筛网固定模块中每个筛网的两端，压力传感器和温度传感器用以监测系统的温压，光学摄像头和高速摄像机用以观测管道内的气液两相流的流型。进一步地，所述循环模块包括气液混流器、高压盘管、循环泵，所述气液混流器入口连通供给模块，出口连通所述高压盘管，该高压盘管用于吸入混合均匀的气液两相流体，其出口端与循环泵相连，所述循环泵直接连入多方位筛网固定模块中，用以控制混合均匀的两相流流速。进一步地，所述供给模块包括高压气瓶和供水箱。所述高压气瓶和供水箱直接和循环模块的气液混流器相连。所述供给模块还包括补液容器，用以为系统补充水和甲烷。进一步地所述两圆柱之间的对接面上设有凹凸配合结构。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果在于：本技术创新提出筛网网片中水合物微观富集与堵塞机理评价的模拟实验系统，从定量角度解答水合物开采过程中机械筛管发生堵塞的部位及堵塞规律，为满足我国对天然气水合物能源的开发需求，为适用于天然气水合物开采井的机械筛管机构设计和降压开采的生产参数、降压速率的制定等提供一定支撑。本技术通过模拟一定气液比和流动形态条件下筛网水合物富集堵塞的情况，可以比较在水平井段筛管筛网各个方向的水合物二次生成堵塞情况和规律，然后在施工过程中可以具有针对性地在容易二次生成水合物的筛网方位使用甲烷水合物抑制装置，提高生产效率和产量。本技术通过调节供给模块和循环模块来实现不同气液比、不同流速条件下筛网水合物二次生成堵塞的规律和临界条件，所得数据可以对现场生产的每日产量、降压速率等生产条件等进行一定的指导。本技术通过实验获得气液两相流流向与筛网夹角对筛网上水合物富集堵塞程度的关系，对筛网管外保护罩的导流槽优化设计具有一定的指导意义，另外，在评价选用筛管时，可以对其筛网网片进行实验，其网片上水合物二次生成堵塞的性质也可以作为一定的评价指标。附图说明图1为本技术所述机械筛网水合物微观富集与堵塞机理评价系统框图；图2为本技术所述筛网固定装置结构示意图；图3为本技术所述筛网角度调节装置结构示意图；以上各图中：1、恒温模块；2、循环模块；3、供给模块；4、数据采集模块；5、压差传感器；6、筛网固定装置；7、筛网；8、管线固定器；9、透明耐高压管线；10、耐高压软管；11、公头；12、母头；13、耐高压密封垫圈；14、筛网；15、筛网角度调节装置；16、直角连接硬管；17、测压孔；18、滑轮；19、滑轨；20、电机；15-1、贯通孔；15-2、对接面；15-3、底面。具体实施方式本技术的提出过程：机械筛管是气液从地层产出后流经的第一站，面临的水合物二次生成风险较大。具体到以圆柱状包裹在基管外围的筛网网片中，如果不考虑筛管导流槽的影响，对垂直井而言，由于筛网网片与气液流向之间的夹角是固定的，因此可以认为冲击到筛网网片表面的气液流向为均匀水平的，因此筛管被水合物富集堵塞也是均匀的。然而，对于水平井或者其他井型而言，可以预见水合物在筛管中的富集堵塞是不均匀发生的。因此，研究气液流向、气液流向与筛网网片夹角对筛网中水合物二次生成富集规律的影响，将是从机理上揭示水合物开采中筛管堵塞部位、优化筛管导流槽的前提，也是对筛网中水合物堵塞部位开展“解堵”措施提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统，包括：供给模块，用以提供甲烷和蒸馏水；循环模块，用以提供所需流型和气液比，包括出口、入口及真空泵；恒温模块，用以提供恒定的温度；多方位筛网固定模块，位于恒温模块内，包括圆形滑轨，位于滑轨圆心处的电机，沿滑轨均布的四个筛网固定装置，该四个筛网固定装置通过直角连接硬管串联，每个直角管的竖边和横边上各固定有与滑轨动配合的滑轮，该两滑轮通过皮带与电机相连，其中一个直角管分为两段，一段通过软管连循环模块的入口，另一段通过软管连循环模块的出口；所述筛网固定装置包括公头、母头以及安装时位于公头、母头之间的筛网角度调节装置，该调节装置包括两圆柱，两圆柱之间为筛网对接面，且各圆柱的对接面与底面之间开有若干贯通孔；数据采集模块，用以采集系统数据。

【技术特征摘要】
1.一种机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统，包括：供给模块，用以提供甲烷和蒸馏水；循环模块，用以提供所需流型和气液比，包括出口、入口及真空泵；恒温模块，用以提供恒定的温度；多方位筛网固定模块，位于恒温模块内，包括圆形滑轨，位于滑轨圆心处的电机，沿滑轨均布的四个筛网固定装置，该四个筛网固定装置通过直角连接硬管串联，每个直角管的竖边和横边上各固定有与滑轨动配合的滑轮，该两滑轮通过皮带与电机相连，其中一个直角管分为两段，一段通过软管连循环模块的入口，另一段通过软管连循环模块的出口；所述筛网固定装置包括公头、母头以及安装时位于公头、母头之间的筛网角度调节装置，该调节装置包括两圆柱，两圆柱之间为筛网对接面，且各圆柱的对接面与底面之间开有若干贯通孔；数据采集模块，用以采集系统数据。2.根据权利要求1所述的机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统，其特征在于：所述直角连接硬管为透明耐高压管。3.根据权利要求1或2所述的机械筛网水合物微观富集规律与堵塞机理评价系统，其特征在于：所述两圆柱之间的对接面为斜面，该斜面的倾斜角度为80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°或10°。4.根据权利要求1所述的机械筛网水合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，刘昌岭，孙建业，刘浩伽，孟庆国，陈强，卜庆涛，
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