本发明专利技术公开一种基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，包括多分支孔开采单元、温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元、气体回收单元和数据采集处理单元，数据采集单元采集温控单元、气体注入单元和液体注入单元等相关数据，并实现对温控单元、气体注入单元和液体注入单元的控制；通过采用在中心主井网的侧向开孔的方式向四周布设多层水平分支孔，由中心主井网带动水平分支孔共同降压进行水合物开采，采用多分支孔的设计形式有效增大水合物储层泄流面积，能够完整模拟水合物储层形成、多分支孔布设、多分支孔降压、防砂防堵、以及气‑水‑砂分离等过程，为详细了解海域水合物多分支孔开采效率、生产特征等提供详实的实验数据，进而为实现水合物的高效开采、产能评价、开发方案和工艺设计优化提供理论基础。
【技术实现步骤摘要】
基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置
本专利技术属于海洋天然气水合物资源开发实验研究领域，具体涉及一种基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，为建立新型的水合物开采增产技术提供模拟实验平台。
技术介绍
已有调查结果表明，天然气水合物资源量巨大，预估储量至少是传统石油天然气总和的2倍。全球99％的天然气水合物资源赋存于海洋中，因此建立高效可靠的海洋天然气水合物试采技术是实现资源商业化利用的关键。截至目前，日本和中国先后三次实施了海域天然气水合物资源试采，均是以单一垂直井降压开采为基础进行的工艺设计。试采结果表明，现有技术条件下，中-粗砂具有高渗能力是最适合试采的水合物储层、水合物沉积层及其下伏含两相流(游离气、自由水)的I类储层是产气量最高的储层类型、降压法是最为经济有效的开采技术方案。但是，通过三次试采也暴露出严重的效率问题，目前的单一井降压所获取的产气量，即使在中粗砂储层中也难以满足商业化的需求，因此必须开发新的增产工艺。目前多分支孔多在每层瓦斯、煤层气、页岩气和常规油气中使用，比如，授权公告号为【CN104196527B】的专利技术专利公开的多分支井产能模拟系统与多分支井产能模拟实验方法、授权公告号为【CN103437705B】的专利技术专利公开的本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置以及授权公告号为【CN207080216U】的新型专利公开的多分支井产能试验装置等也都服务于油气、煤层气开采等领域。与常规油气开采领域不同，在海洋天然气水合物资源开发研究领域，由于其所应用领域、高压低温环境、水合物试采模拟实验工艺方法等的不同，多分支孔设计及应用也受到很多限制。本专利技术基于多分支孔技术创造性的提出一种模拟开采水合物的实验装置，当井筒进入水合物储层后，通过侧向开孔的方式向四周布设多分支孔，通过主井筒带动分支孔共同降压进行水合物开采，其优势是多分支孔能够增大水合物储层泄流面积，从而提升产量，能够完整模拟水合物储层形成、多分支孔布设、多分支孔降压、防砂防堵、以及气-水-砂分离等过程，为详细了解海域水合物多分支孔开采效率、生产特征等提供详实的实验数据，具有重要的研究价值及实际意义。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，通过采用在中心主井网的侧向开孔的方式向四周布设多分支孔，以有效增大水合物储层泄流面积，从而提升产量，且该装置能够完整模拟水合物储层形成、多分支孔布设、多分支孔降压、防砂防堵、以及气-水-砂分离等过程，为详细了解海域水合物多分支孔开采效率、生产特征等提供详实的实验数据，具有重要的研究价值及实际意义。本专利技术是通过以下方案实现的，基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，包括多分支孔开采单元、温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元、气体回收单元和数据采集处理单元，所述数据采集处理单元采集温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元和气体回收单元的相关数据，并实现对温控单元、气体注入单元和液体注入单元的控制；所述温控单元采用恒温水浴箱，多分支孔开采单元设置在恒温水浴箱内，为该实验装置的主要组成部分，为天然气水合物的生成、开采场所，多分支孔开采单元包括反应釜、中心主井网以及与中心主井网轴向垂直的多层水平分支井；所述反应釜包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设置有顶部气室、填砂层和底部气室，填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，采用上下双薄膜设计可有效防止填砂层及内部储水穿透，结合顶部气室和底部气室保证甲烷气体大面积从下向上渗透，使气水接触面积更大，加快水合物生成速率，所述中心主井网竖直设置在反应腔室的中间部位，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层水平分支井安装孔，水平分支井安装孔上对应的设置有水平分支井，水平分支井的长度、射孔尺寸、射孔位置、射孔类型可根据实验设计，水平分支井与中心主井网采用快插式O型圈密封，可快速更换水平分支井；反应釜筒体上还设置有与液体注入单元相连的流体接口，法兰的底部设置有与气体注入单元相连的气体注入口；所述气体注入单元包括气瓶、第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计，所述气瓶依次经过第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计与反应釜的气体注入口相连，第一气体增压单元包括静音空压机和气体增压泵，气体减压阀实现对反应釜内部气体压力的调节；所述液体注入单元用以为实验提供所需液体，包括活塞容器和恒速恒压泵，恒速恒压泵经活塞容器与反应釜的流体接口相连，活塞容器内盛有实验所需流体并实现对流体的恒温控制，所述恒速恒压泵按照实验设定的液体注入压力、注入速率，向反应釜内注液，并累计瞬时累计量，实现对反应釜内液体压力的控制；所述出口分离计量单元与中心主井网的采出口相连，用以对所开采的天然气及携带的水、固体沉积物进行分离并计量，出口分离计量单元包括固体分离装置、过滤器、回压控制单元、气液分离器和电子天平；固体分离装置的输入端与中心主井网的采出口相连，其输出端依次经过滤器、回压控制单元与气液分离器的入口相连，所述回压控制单元包括回压阀和跟踪泵；固体沉积物与气体、液体采用沉降加过滤方式分离，收集的固体沉积物取出经干燥后通过电子天平计量，气液分离采用密度不同、重力法分离，液体经分离后在下部收集并通过电子天平实时计量；所述气体回收单元用以实现对采出的气体进行计量并将采出的气体或者实验结束后反应釜内部的残余气体进行回收，包括气体干燥器、气体质量流量计和第二气体增压单元，所述气体干燥器与气液分离器的顶部气体出口相连，气体干燥器依次经气体质量流量计和第二气体增压单元与气瓶相连，实现气体回收。进一步的，所述反应釜内均匀布设有若干个测试点，所述测试点处安装有压力传感器、温度传感器和电阻测试电极，用于实现对测试点处的流体状态(水、气、水合物)的检测判断，压力传感器、温度传感器和电阻测试电极均安装在同一个接头内，方便定位、安装与维护。进一步的，所述透气不透水薄膜的外侧还设置有承重隔板，透气不透水隔膜安装在承重隔板和填砂层之间，所述承重隔板采用多孔介质烧结的过滤板，其上设置有多个通孔，既能承重又能快速、均匀透气，同时还可以保护透气不透水薄膜。进一步的，所述水平分支井采用割缝井或射孔井，可根据实验需要设计不同规格的水平分支井(如割缝井的宽度、长度、间距，射孔井的射孔直径大小、密度、间距)，且在水平分支井的射孔或割缝的外侧根据实验需要安装不同规格的防砂单元。进一步的，所述水平分支井设置上下两层，每层均匀设置有6个水平分支井，均与中心主井网相连，且轴向垂直于中心主井网，具体在实验时，可以选择在任何一位置安装水平分支井，比如安装单层单个、单层多个、多层多个，未安装水平分支井的水平分支井网安装孔通过专用接头封堵，达到自由组合降压开采。进一步的，所述固体分离器用于实现中心主井网采出口的固体分离，包括上过滤筒及下沉砂筒，上过滤筒与下沉砂筒之间设置有一阀门，上过滤筒的侧面设置有流体入口、顶面设置有流体出口，且在内部流体出口处设置有粗滤过滤器，主要通过沉降、过滤的方式使出砂砂砾沉降并收集，最终干燥后通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，其特征在于，包括多分支孔开采单元、温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元、气体回收单元和数据采集处理单元，所述数据采集处理单元采集温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元和气体回收单元的相关数据，并实现对温控单元、气体注入单元和液体注入单元的控制；所述温控单元采用恒温水浴箱，多分支孔开采单元设置在恒温水浴箱内，多分支孔开采单元包括反应釜、中心主井网及与中心主井网轴向垂直的多层水平分支井；所述反应釜包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设有顶部气室、填砂层和底部气室，填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，所述中心主井网竖直设置在反应腔室的中间部位，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层水平分支井安装孔，水平分支井安装孔上对应的设置有水平分支井；反应釜筒体上还设置有与液体注入单元相连的流体接口，法兰的底部设置有与气体注入单元相连的气体注入口；所述气体注入单元包括气瓶、第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计，所述气瓶依次经过第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计与反应釜的气体注入口相连，气体减压阀实现对反应釜内部气体压力的调节；所述液体注入单元包括活塞容器和恒速恒压泵，恒速恒压泵经活塞容器与反应釜的流体接口相连，活塞容器内盛有实验所需流体并实现对流体的恒温控制，所述恒速恒压泵按照实验设定的液体注入压力和注入速率向反应釜内注液；所述出口分离计量单元与中心主井网的采出口相连，用以对所开采的天然气及携带的水、固体沉积物进行分离并计量，出口分离计量单元包括固体分离装置、过滤器、回压控制单元、气液分离器和电子天平；固体分离装置的输入端与中心主井网的采出口相连，其输出端依次经过滤器、回压控制单元与气液分离器的入口相连，所述回压控制单元包括回压阀和跟踪泵；所述气体回收单元用以实现对采出的气体进行计量并将采出的气体或者对实验结束后反应釜内部的残余气体进行回收，包括气体干燥器、气体质量流量计和第二气体增压单元，所述气体干燥器与气液分离器的顶部气体出口相连，气体干燥器依次经气体质量流量计和第二气体增压单元与气瓶相连，实现气体回收。...
【技术特征摘要】
1.基于多分支孔技术开采水合物的实验模拟装置，其特征在于，包括多分支孔开采单元、温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元、气体回收单元和数据采集处理单元，所述数据采集处理单元采集温控单元、气体注入单元、液体注入单元、出口分离计量单元和气体回收单元的相关数据，并实现对温控单元、气体注入单元和液体注入单元的控制；所述温控单元采用恒温水浴箱，多分支孔开采单元设置在恒温水浴箱内，多分支孔开采单元包括反应釜、中心主井网及与中心主井网轴向垂直的多层水平分支井；所述反应釜包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设有顶部气室、填砂层和底部气室，填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，所述中心主井网竖直设置在反应腔室的中间部位，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层水平分支井安装孔，水平分支井安装孔上对应的设置有水平分支井；反应釜筒体上还设置有与液体注入单元相连的流体接口，法兰的底部设置有与气体注入单元相连的气体注入口；所述气体注入单元包括气瓶、第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计，所述气瓶依次经过第一气体增压单元、高压气体储罐、气体减压阀和气体流量计与反应釜的气体注入口相连，气体减压阀实现对反应釜内部气体压力的调节；所述液体注入单元包括活塞容器和恒速恒压泵，恒速恒压泵经活塞容器与反应釜的流体接口相连，活塞容器内盛有实验所需流体并实现对流体的恒温控制，所述恒速恒压泵按照实验设定的液体注入压力和注入速率向反应釜内注液；所述出口分离计量单元与中心主井网的采出口相连，用以对所开采的天然气及携带的水、固体沉积物进行分离并计量，出口分离计量单元包括固体分离装置、过滤器、回压控制单元、气液分离器和电子天平；固体分离装置的输入端与中心主井网的采出口相连，其输出端依次经过滤器、回压控制单元与气液分离器的入口相连，所述回压控制单元包括回压阀和跟踪泵；所述气体回收单元用以实现对采出...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，刘昌岭，李彦龙，胡高伟，吴能友，孙建业，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37
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