评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置及方法，其装置包括高压反应釜、高低温恒温箱、水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，高压反应釜中部安装有贯穿其侧壁的刚性管，刚性管用于模拟进行水合物开采的水平井，气液固分离系统用于收集实验过程中产生的气体、液体和固体，水合物样品制备系统用于制备含水合物沉积物试样，压力控制系统用于控制高压反应釜内的轴压与回压，其优点在于，通过该装置及方法可以厘清不同地质环境与开采方式下水平井筒内的出砂规律，并评价不同规格防砂筛管的防砂效果，实验装置结构简单、操作简便，实验方法可重复性强。

Equipment and method of sand production and control in horizontal well during hydrate exploitation

The invention discloses a device and method for evaluating sand production and sand control in a horizontal well in the process of hydrate exploitation. The device includes a high-pressure reaction kettle, a high and low temperature constant temperature box, a hydrate sample preparation system, a pressure control system, a gas-liquid solid separation system and a data acquisition system. The high and low temperature constant temperature box is used to control the temperature in the high-pressure reaction kettle, and the middle part of the high-pressure reaction kettle is equipped with a side wall penetrating through it The gas-liquid-solid separation system is used to collect the gas, liquid and solid produced in the experimental process. The hydrate sample preparation system is used to prepare hydrate sediment samples. The pressure control system is used to control the axial pressure and back pressure in the high-pressure reactor. The advantages of the system are that it can be clarified through the device and method The sand production law in the horizontal shaft under different geological environment and mining methods, and the sand control effect of different specifications of sand control screen pipe are evaluated. The experimental device is simple in structure, simple in operation, and the experimental method is highly repeatable.

【技术实现步骤摘要】
评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置及方法
本专利技术涉及天然气水合物勘探与开发
，尤其涉及评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置及方法。
技术介绍
天然气水合物是由天然气与水在高压低温下形成的似冰状固体，俗称可燃冰，其分布广、储量丰富、能量密度大，是一种洁净的新型替代能源。据估计，以水合物形式存在的碳是地球上以化石燃料存在的碳总量的两倍，因此许多国家都将其视为未来新型替代能源，我国也将其纳入了中长期科技发展规划。天然气水合物开发的钻井、完井及采气过程中，储层出砂是影响水合物长期高效开采的主要安全风险之一，出砂是油气开采过程中储层砂粒随流体从储层中运移出来的现象。2007年加拿大Mallik试开采井、2012年美国阿拉斯加IgnikSikumi现场CO2置换开采水合物试验井、2013年日本全球首次海洋水合物试开采井以及2017年日本第二次试采的第一口井都出现了严重的出砂问题，极大地影响了产气效率，甚至导致试采不得不提前终止。中国南海海域的水合物以分散方式或弱胶结方式充填在泥质沉积物孔隙中，在水合物分解过程中可能面临严重的出砂问题，因此研究水合物开采过程中的出砂与防砂问题对于我国经济高效开发深海水合物资源具有现实意义。目前，使用实验手段研究水合物开采过程中出砂规律与防砂效果的装置较少，且主要集中在竖直井筒内的出砂现象，并没有针对水平井筒内的出砂规律进行研究，也没有对水平井筒安装不同规格防砂筛网后的防砂效果进行研究。随着水合物商业化开采研究进程的不断推进，水平井技术会越来越多地应用于水合物开采，我国也将利用水平井技术进行水合物第二次试开采，因此研制出能够模拟在不同地质条件、不同开采方式条件下水平井内的出砂情况，进而评价水合物开采过程中水平井内的出砂规律以及安装不同防砂筛网后的防砂效果尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有的技术现状，提供评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置及方法，通过该装置及方法可以厘清不同地质环境与开采方式下水平井筒内的出砂规律，并评价不同规格防砂筛管的防砂效果，实验装置结构简单、操作简便，实验方法可重复性强。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置包括高压反应釜、高低温恒温箱、水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统，水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统均与高压反应釜连接；所述高压反应釜设置在高低温恒温箱内，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，从而模拟海底水合物储层的温度环境；所述高压反应釜中部安装有贯穿其侧壁的刚性管，刚性管为水平状态，用于模拟进行水合物开采的水平井，刚性管的一端位于高压反应釜内，刚性管的另一端位于高低温恒温箱内，刚性管位于高压反应釜内的一端设有等间距开孔且外层安装有防砂筛网，刚性管位于高低温恒温箱内的一端与气液固分离系统连通，气液固分离系统用于收集实验过程中产生的气体、液体和固体；所述高压反应釜的侧壁中设有上流体进口和下流体进口，上流体进口和下流体进口分别位于高压反应釜的上半部分和下半部分，上流体进口和下流体进口均与水合物样品制备系统连通，水合物样品制备系统用于制备含水合物沉积物试样；所述高压反应釜内顶部和底部分别设有上驱动堵头和下驱动堵头，上驱动堵头和下驱动堵头上分别固定上移动防砂活塞和下移动防砂活塞，上驱动堵头和下驱动堵头均与压力控制系统连通，压力控制系统用于控制高压反应釜内的轴压与回压。进一步的，所述水合物样品制备系统分为供水分路和供气分路，供水分路包括循环恒温水浴和平流泵以及第一阀门，循环恒温水浴、平流泵、第一阀门通过高压管路依次连通，供气分路包括气瓶、气体增压泵、高压储罐和调压阀以及第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门，气瓶、第二阀门、气体增压泵、第三阀门、高压储罐、第四阀门、调压阀、第五阀门通过高压管路依次连通，高压储罐上连接第一压力表，供水分路和供气分路并线后分别与上流体进口和下流体进口连通。进一步的，所述气液固分离系统分为气液相分路和固相分路，气液相分路包括集气瓶、集水瓶、气体流量计、气液分离器和滤网，集气瓶、气体流量计通过高压管路依次连通并接入气液分离器，集水瓶接入气液分离器，气液分离器通过高压管路与刚性管位于高低温恒温箱内的管体连接且高压管路与刚性管连接处设置滤网，固相分路包括出砂取样器、分离拆卸口以及第六阀门，出砂取样器通过分离拆卸口与刚性管位于高低温恒温箱内的端部连接，第六阀门设置在刚性管上且位于分离拆卸口与滤网之间。进一步的，所述高压反应釜设置在支架上，支架两侧设有轴座，所述高压反应釜中部通过转轴安装在轴座上，使高压反应釜可绕转轴旋转，转轴垂直于刚性管，所述轴座上设有锁定件，锁定件用于锁紧转轴。作为优选的，还包括牵拉绳，牵拉绳两端均设有挂钩，所述高压反应釜底部和支架上均设有挂环，两挂环的直线距离大于牵拉绳的长度。进一步的，所述压力控制系统分为轴压分路和回压分路，轴压分路包括手摇泵和缓冲罐以及第七阀门、第八阀门、第九阀门，手摇泵、第七阀门、缓冲罐通过高压管路依次连通后，分为两路分别与上驱动堵头和下驱动堵头连通且两通路上分别设有第八阀门和第九阀门，缓冲罐上连接第二压力表，回压分路包括回压阀与第十阀门，回压阀、第十阀门依次设置在气液分离器与刚性管之间的管路上。进一步的，所述数据采集系统包括两个温度传感器、两个压力传感器、两个位移传感器和计算机，两个温度传感器分别设置在高压反应釜内刚性管的上下两侧，温度传感器用于监测高压反应釜内的温度，两个压力传感器分别设置在高压反应釜内刚性管的上下两侧，压力传感器用于监测高压反应釜内的孔隙压力，两个位移传感器分别设置在上驱动堵头和下驱动堵头上，位移传感器用于监测地层沉降情况，温度传感器、压力传感器和位移传感器均通过数据采集信号线接入计算机。评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的方法，包括如下步骤：S1、检查装置气密性；S2、在高压反应釜内生成砂-水-水合物体系的含水合物沉积物试样；S3、水合物模拟开采：采用降压方式时，使高压反应釜1内的孔隙压力降至与水合物相平衡的压力以下，从而分解水合物；采用注热方式时，使高压反应釜1内的温度升至与水合物相平衡的温度以上，从而分解水合物；S4、气体、水和砂的分离与收集：对水合物分解过程中产生的气体、水和砂进行分离，气体经气体流量计进入集气瓶，部分水进入集水瓶，剩余水和砂通过出砂取样器进行收集；S5、在刚性管外层安装不同规格防砂筛网，重复步骤S2-S4，评价水合物开采过程中安装不同防砂筛网后水平井内的出砂规律和防砂效果。进一步的，步骤S2中所述砂-水-水合物体系的含水合物沉积物试样的制备过程如下：S2.1、将烘干砂与水搅拌混合，形成水砂混合物，静置；S2.2、将水砂混合物填充到高压反应釜内，通过手摇泵与上移动防砂活塞和下移动防砂活塞配合，对水砂混合物加载轴向压力，使其压实；S2.3、向高压反应釜内通入实验所需气体，恒温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：包括高压反应釜、高低温恒温箱、水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统，水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统均与高压反应釜连接；所述高压反应釜设置在高低温恒温箱内，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，从而模拟海底水合物储层的温度环境；所述高压反应釜中部安装有贯穿其侧壁的刚性管，刚性管为水平状态，用于模拟进行水合物开采的水平井，刚性管的一端位于高压反应釜内，刚性管的另一端位于高低温恒温箱内，刚性管位于高压反应釜内的一端设有等间距开孔且外层安装有防砂筛网，刚性管位于高低温恒温箱内的一端与气液固分离系统连通，气液固分离系统用于收集实验过程中产生的气体、液体和固体；所述高压反应釜的侧壁中设有上流体进口和下流体进口，上流体进口和下流体进口分别位于高压反应釜的上半部分和下半部分，上流体进口和下流体进口均与水合物样品制备系统连通，水合物样品制备系统用于制备含水合物沉积物试样；所述高压反应釜内顶部和底部分别设有上驱动堵头和下驱动堵头，上驱动堵头和下驱动堵头上分别固定上移动防砂活塞和下移动防砂活塞，上驱动堵头和下驱动堵头均与压力控制系统连通，压力控制系统用于控制高压反应釜内的轴压与回压；所述数据采集系统用于采集反应釜内的物理状态信息。/n...

【技术特征摘要】
1.评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：包括高压反应釜、高低温恒温箱、水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统，水合物样品制备系统、压力控制系统、气液固分离系统和数据采集系统均与高压反应釜连接；所述高压反应釜设置在高低温恒温箱内，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，从而模拟海底水合物储层的温度环境；所述高压反应釜中部安装有贯穿其侧壁的刚性管，刚性管为水平状态，用于模拟进行水合物开采的水平井，刚性管的一端位于高压反应釜内，刚性管的另一端位于高低温恒温箱内，刚性管位于高压反应釜内的一端设有等间距开孔且外层安装有防砂筛网，刚性管位于高低温恒温箱内的一端与气液固分离系统连通，气液固分离系统用于收集实验过程中产生的气体、液体和固体；所述高压反应釜的侧壁中设有上流体进口和下流体进口，上流体进口和下流体进口分别位于高压反应釜的上半部分和下半部分，上流体进口和下流体进口均与水合物样品制备系统连通，水合物样品制备系统用于制备含水合物沉积物试样；所述高压反应釜内顶部和底部分别设有上驱动堵头和下驱动堵头，上驱动堵头和下驱动堵头上分别固定上移动防砂活塞和下移动防砂活塞，上驱动堵头和下驱动堵头均与压力控制系统连通，压力控制系统用于控制高压反应釜内的轴压与回压；所述数据采集系统用于采集反应釜内的物理状态信息。


2.根据权利要求1所述的评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：所述水合物样品制备系统分为供水分路和供气分路，供水分路包括循环恒温水浴和平流泵以及第一阀门，循环恒温水浴、平流泵、第一阀门通过高压管路依次连通，供气分路包括气瓶、气体增压泵、高压储罐和调压阀以及第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门，气瓶、第二阀门、气体增压泵、第三阀门、高压储罐、第四阀门、调压阀、第五阀门通过高压管路依次连通，高压储罐上连接第一压力表，供水分路和供气分路并线后分别与上流体进口和下流体进口连通。


3.根据权利要求2所述的评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：所述气液固分离系统分为气液相分路和固相分路，气液相分路包括集气瓶、集水瓶、气体流量计、气液分离器和滤网，集气瓶、气体流量计通过高压管路依次连通并接入气液分离器，集水瓶接入气液分离器，气液分离器通过高压管路与刚性管位于高低温恒温箱内的管体连接且高压管路与刚性管连接处设置滤网，固相分路包括出砂取样器、分离拆卸口以及第六阀门，出砂取样器通过分离拆卸口与刚性管位于高低温恒温箱内的端部连接，第六阀门设置在刚性管上且位于分离拆卸口与滤网之间。


4.根据权利要求3所述的评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：所述高压反应釜设置在支架上，支架两侧设有轴座，所述高压反应釜中部通过转轴安装在轴座上，使高压反应釜可绕转轴旋转，转轴垂直于刚性管，所述轴座上设有锁定件，锁定件用于锁紧转轴。


5.根据权利要求4所述的评价水合物开采过程中水平井内出砂与防砂的装置，其特征在于：还包括牵拉绳，牵拉绳两端均设有挂钩，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁伏龙，方翔宇，王林杰，王冬冬，刘志超，胡维，刘志辉，欧文佳，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42