砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及天然气水合物开采模拟实验装置，具体涉及一种砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其包括砾石充填层模拟模块、混输模块、温控模块和供给模块，砾石充填层模拟模块和混输模块均设置在温控模块中，并且砾石充填层模拟模块和混输模块之间通过管道连通组成回路，供给模块通过管道连接到混输模块；包括用于采集砾石充填层模拟模块的压力数据、温度数据和图像数据的数据采集测量模块。本实用新型专利技术模拟装置在可视化条件下，实时观察砾石层中水合物二次生成、富集及堵塞规律，从而为天然气水合物试采井中砾石充填层材质优选、砾石充填层附加表皮系数评价及精准降压方案的制定提供基础数据，为天然气水合物开采井的持续稳产提供保障。

Simulation device for hydrate formation blockage in gravel packing layer

The utility model relates to a simulation experimental device for gas hydrate exploitation, in particular to a simulation device for the law of hydrate formation and blockage in gravel filling layer, which comprises a simulation module for gravel filling layer, a mixed transportation module, a temperature control module and a supply module, and both the simulation module and the mixed transportation module for gravel filling layer are set in a temperature control module. In addition, the simulation module of gravel filling layer and the mixed transport module are connected through pipeline to form a loop, and the supply module is connected to the mixed transport module through pipeline; including the data acquisition and measurement module for collecting pressure data, temperature data and image data of the gravel filling simulation module. The simulation device of the utility model observes the regularity of hydrate secondary generation, enrichment and blockage in gravel layer in real time under visual conditions, thus providing basic data for the material optimization of gravel filling layer, the evaluation of additional skin factor of gravel filling layer and the formulation of precise depressurization scheme in natural gas hydrate production test wells, and providing basic data for natural gas water. The continuous stable production of combined mining well is guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置
本技术涉及天然气水合物开采模拟实验装置，具体涉及一种砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置。
技术介绍
天然气水合物是一种分布广、能源密度高的非常规能源，对其进行开发利用是未来一段时间重要的研究课题。随着我国2017年首次海域天然气水合物试采的成功，与海域天然气水合物资源试采相关的技术进入蓬勃发展阶段。然而，对于我国南海海域普遍存在的泥质粉砂型天然气水合物储层，无论常规的降压法开采或基于三相控制理论的地层流体抽取法，都不可避免的涉及到地层细颗粒，尤其是泥质颗粒的运移产出。有效的控砂措施是保证泥质颗粒顺利排出同时反之有孔虫壳体等大颗粒排出以维持储层稳定的必要手段。因此，无论采取何种开采方式，天然气水合物开采井都无可避免的需要一定的控砂措施，在井底安装控砂介质，以缓解地层泥砂产出对整个生产系统造成的工程风险。2013年日本在NankaiTrough开展全球首次海域天然气水合物试采中，采用裸眼砾石充填控砂措施。2017年日本在NankaiTrough开展其第二次海域天然气水合物试采作业时，采用基管+涂覆砂形成的Geoform防砂筛管进行控砂作业。中国于2017年5月18日宣布实现了全球首次在泥质粉砂天然气水合物储层成功试采的消息，本次试采采用新型预充填筛管进行控砂。综上，无论是管外砾石充填，抑或是Geoform筛管或者新型预充填筛管，其中最关键的控砂单元就是砾石充填层。目前，全球历次天然气水合物试采过程中由于井底水合物二次生成造成砾石充填层渗透率下降甚至完全堵塞的现象尚不明显。然而，在实际天然气水合物开采过程中，作为挡砂介质的砾石充填层可能完全暴露于水合物稳定域内，客观存在水合物在砾石充填层中的二次形成及堵塞风险。水合物在砾石充填层中二次生成对水合物井产能的影响类似于泥质成分运移、堵塞的影响。都会造成砾石充填层附加表皮系数的增大，严重影响天然气水合物的产能。因此砾石充填层工况评价除了常规的冲蚀、腐蚀，在水合物开采井中面临的更大的问题是砾石充填层中由于泥质堆积和水合物二次生成造成的堵塞。专利公开号CN106932170A公布了一种泥砂细颗粒在砾石充填层中的运移堵塞规律的评价装置及评价方法，为水合物层产出泥质等细颗粒在砾石充填层中堆积堵塞造成产能下降评价提供了思路，但是目前尚没有专门针对砾石充填层中水合物二次生成规律及其对控砂措施附加表皮系数影响规律的模拟装置。专利公开号CN205643176U提供了一种常规等径开采井管中水合物二次生成风险评价的可视化实验装置，为不同工况下水合物二次生成堵塞规律评价提供了一定的借鉴，但是该装置无法满足专门针对砾石充填层堵塞风险评价的需求。因此，在实际天然气水合物试采工程中，关于砾石充填层对水合物储层产能影响规律的评价方法实际上目前完全没有考虑水合物二次生成的影响，水合物在砾石层中二次生成对储层产能的影响评价装置及方法处于空白状态。综上所述，在保证砾石充填层控砂不失效前提下，砾石充填层对水合物开采井产能的影响主要表现在泥质堵塞和水合物二次生成堵塞两方面。研究不同砾石充填层内部水合物的生成规律对于优选砾石充填层材质类型、评价砾石充填层对产能的影响都有至关重要的作用。另外，摸清水合物在砾石层中生成富集规律，对于精确制定天然气水合物开采井降压方案，保证试采过程中不会因为控砂介质堵塞影响水合物产能具有重要的指示意义。
技术实现思路
为了研究砾石填充层中天然气水合物二次生成堵塞规律，本技术提供一种砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，该模拟装置能够在可视化条件下，实时观察砾石层中水合物二次生成、富集及堵塞规律，从而为天然气水合物试采井中砾石充填层材质优选、砾石充填层附加表皮系数评价及精准降压方案的制定提供基础数据，从而为天然气水合物开采井的持续稳产提供保障。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其包括砾石充填层模拟模块、混输模块、温控模块和供给模块，所述砾石充填层模拟模块和混输模块均设置在温控模块中，并且所述砾石充填层模拟模块和混输模块之间通过管道连通组成回路，所述供给模块通过管道连接到混输模块；其还包括用于采集砾石充填层模拟模块的压力数据、温度数据和图像数据的数据采集测量模块。进一步地，所述温控模块为步进式低温恒温模块。进一步地，所述砾石充填层模块包括透明高压管，所述高压管内填充有颗粒材料，高压管的入口端安装有分流器，出口端安装有多孔网板；所述高压管的两端均设置有端盖，高压管两侧的端盖通过连接箍连接扣紧；所述高压管的入口端和出口端均通过高压软管连接到混输模块；所述高压管设置在旋转支架上。进一步地，所述高压管为蓝宝石透明高压管。进一步地，所述多孔网板的孔径小于颗粒材料的尺寸。进一步地，所述高压管和端盖相接触的侧壁和端面上均设置有高压密封圈。进一步地，所述混输模块包括气液混合器、磁力搅拌仪、高压盘管、循环泵和真空泵，所述磁力搅拌仪设置在气液混合器的下方，所述高压盘管设置在气液混合器内部上方，其上设置有孔，与气液混合器的内部相连通，所述高压盘管的出口通过循环泵连接到砾石充填层模拟模块的入口端，所述高压盘管的入口连接到砾石充填层模拟模块出口端；所述高压盘管上还连接有真空泵。进一步地，所述供给模块包括高压气瓶组、供水箱和自动跟踪活塞容器，所述高压气瓶组和供水箱分别通过管道与气液混合器相连，所述自动跟踪活塞容器与气液混合器相连通。进一步地，所述数据采集测量模块包括差压传感器、压力传感器、温度传感器、光学摄像头和高速摄像机，所述差压传感器用于采集砾石充填层两端的压差，所述压力传感器用于采集砾石充填层模拟模块的入口和出口处的压力值，所述温度传感器用于采集砾石充填层模拟模块的入口和出口处的温度值，所述光学摄像头用于定点捕捉某一时刻天然气水合物在砾石充填层中的形成形态，所述高速摄像机用于实时采集气液两相在砾石充填层中流动时，天然气水合物的实时瞬间生成情况。本技术的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，能够在可视化条件下，实时观察砾石充填层中天然气水合物二次生成、富集及堵塞规律，从而为天然气水合物试采井中砾石充填层材质优选、砾石充填层附加表皮系数评价及精准降压方案的制定提供基础数据，从而为天然气水合物开采井的持续稳产提供保障。并且对实际天然气水合物试采井中砾石充填层材质对水合物二次生成堵塞规律敏感性评价，水合物二次生成风险条件下砾石充填层对产能的不利影响程度及考虑天然气水合物在砾石充填层中二次生成工程风险的降压方案制定提供依据。此外，本技术的模拟装置，还具有以下优点：(1)所述砾石充填层模拟模块通过旋转支架的调节和高压软管的配合，能够模拟不同渗流方向条件下砾石充填层中水合物的生成、富集与堵塞规律，对应于实际水合物试采井，可以实现垂直井、斜井、水平井等多种井型条件下采用砾石充填型控砂作业时，砾石层中水合物生成堵塞规律的评价；(2)所述砾石充填层模拟模块采用蓝宝石透明管作为模拟砾石层腔体，配合差压传感器测量，可以从定性和定量两个角度分析水合物在砾石层中的生成情况对砾石充填型控砂措施附加表皮系数的响应程度，特别是可以通过高速摄像机观察水合物在砾石层中的瞬态堆积、堵塞过程；(3)整个系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，其包括砾石充填层模拟模块、混输模块、温控模块和供给模块，所述砾石充填层模拟模块和混输模块均设置在温控模块中，并且所述砾石充填层模拟模块和混输模块之间通过管道连通组成回路，所述供给模块通过管道连接到混输模块；其还包括用于采集砾石充填层模拟模块的压力数据、温度数据和图像数据的数据采集测量模块。

【技术特征摘要】
1.砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，其包括砾石充填层模拟模块、混输模块、温控模块和供给模块，所述砾石充填层模拟模块和混输模块均设置在温控模块中，并且所述砾石充填层模拟模块和混输模块之间通过管道连通组成回路，所述供给模块通过管道连接到混输模块；其还包括用于采集砾石充填层模拟模块的压力数据、温度数据和图像数据的数据采集测量模块。2.根据权利要求1所述的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，所述温控模块为步进式低温恒温模块。3.根据权利要求1所述的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，所述砾石充填层模拟模块包括透明高压管，所述高压管内填充有颗粒材料，高压管的入口端安装有分流器，出口端安装有多孔网板；所述高压管的两端均设置有端盖，高压管两侧的端盖通过连接箍连接扣紧；所述高压管的入口端和出口端均通过高压软管连接到混输模块；所述高压管设置在旋转支架上。4.根据权利要求3所述的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，所述高压管为蓝宝石透明高压管。5.根据权利要求3所述的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，所述多孔网板的孔径小于颗粒材料的尺寸。6.根据权利要求3所述的砾石充填层中水合物生成堵塞规律的模拟装置，其特征在于，所述高压管和端盖相接触的侧壁和端面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩伽，李彦龙，刘昌岭，胡高伟，万义钊，王代刚，
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