一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法，所述装置包括全直径井筒，所述全直径井筒内设有中心井加热循环管和中心井温传插装管且所述全直径井筒具有上密封组件和下密封组件，所述全直径井筒的筒体部分开设有具有防砂组件的射孔，所述方法使用如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置以及水合物生成釜进行，本发明专利技术能够模拟实际开采天然气水合物防砂井筒，实现水平和垂直开采防砂实验。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法
本专利技术涉及天然气水合物开采模拟
，具体涉及一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法。
技术介绍
天然气水合物(NaturalGasHydrates，NGH)是水分子与轻烃、CO2及H2S等气体分子在低温高压条件下组成的白色类冰状晶体(可直接燃烧，俗称可燃冰)，是一种非化学计量包络化合物。天然气水合物在世界范围内广泛分布，资源量大，被认为是一种未来的优质、洁净能源，其蕴藏量约为现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量的2倍，它将在21世纪成为人类最重要的能源。现有天然气水合物模拟井方案尺度小与实际井筒区别巨大，得出实验结论不能很好的应用到实际；现有模拟井方案没有防砂井筒或者只有单一防砂模拟井筒，每次只能测试一种防砂筛网效果，从而延长了实验周期；现有模拟开采井没有加热管流和井筒温度传感，只能单一测出出砂效果；现有模拟开采井没有做到井筒内分层排水；现有模拟井筒大多数只有一根细小模拟开采井，不能做到模拟全尺寸的水平和垂直防砂开采。现有模拟开采井不能做到开采井筒进行不同筛网的开采防砂实验。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法，以模拟实际开采天然气水合物防砂井筒，实现水平和垂直开采防砂实验。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，用于反应釜中，所述反应釜包括上釜盖、下釜盖和釜体，所述上釜盖与所述下釜盖密封闭合在所述釜体的两端以形成封闭腔体，所述内腔填充有多孔介质和液体，多孔介质和液体用于模拟水合物储层的地质分层结构，其特征在于，包括全直径井筒，所述全直径井筒内设有加热循环管和温传插装管且所述全直径井筒具有上密封组件和下密封组件，所述上密封组件包括上封头和上封头压帽，所述上封头的部分密封插入的所述全直径井筒的上端且被所述上封头压帽固定，所述上封头贯穿设有排气通道，所述排气通道用于排出水合物模拟开采过程中的甲烷气体；所述下密封组件包括下封头和下封头压套，所述下封头的部分密封插入的所述全直径井筒的下端且被所述下封头压套固定，所述下封头贯穿设有开采通道及排水通道，所述开采通道用于排出水合物模拟开采过程中的气水砂混合物，所述排水通道用于排出水合物模拟开采过程全直径井筒中的水以提取井筒液；所述加热循环管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端一直延伸至所述全直径井筒的下端，并在靠近所述全直径井筒的下端处弯折朝向所述全直径井筒的上端延伸，加热循环管用于防止在全直径井筒内生成水合物；所述温传插装管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端向所述全直径井筒的下端延伸，温传插装管内设有温度传感器，温度传感器用于监测水合物模拟开采过程中全直径井筒内的温度；所述全直径井筒的筒体部分开设有具有防砂组件的射孔，所述射孔用于在水合物储层生成过程中关闭而开采过程中开启，其可以模拟真实完井过程，更重要的是可以让水合物不在井筒内生成，和真实水合物生成以及开采状态匹配。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述防砂组件包括射孔压头、筛网压垫和射孔防砂筛网，所述射孔防砂筛网和射孔之间设有筛网压垫，射孔压头将射孔防砂筛网固定在射孔中。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述排水通道包括四根阶梯放水管，四根所述阶梯放水管的一端都穿过所述下封头并被固定在所述下封头上，另一端分别向所述上封头延伸不同的长度，以排出所述全直径井筒内的1/4、2/4、3/4和全部井管水，以模拟在所述全直径井筒的不同高度排出不同量的井管水。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述上封头具有凸缘，所述全直径井筒上端具有阶梯配合面，所述上封头的部分密封插入的所述全直径井筒的上端时，所述上封头的凸缘卡在所述全直径井筒上端的阶梯配合面上，所述上封头压帽套压在所述上封头的凸缘上以实现密封；所述温传插装管的一端与所述上封头之间密封设置有第一橡胶O形圈，所述加热循环管伸出所述上封头的部分被温传插装管锁母固定；如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述排气通道的进气口设有上封头滤芯，所述上封头滤芯与所述上封头之间设置有上封头滤芯压垫，上封头滤芯压头将所述上封头滤芯固定在所述排气通道的进气口处；所述加热循环管的一端通过双卡套和加热管空心螺栓固定在所述上封头上；所述下封头和所述全直径井筒之间密封设置有第二橡胶O形圈；全直径井筒和上封头压帽由聚醚醚酮或尼龙制成，并作表面粗糙化处理。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述反应釜中设有地层温度梯度模拟器，所述地层温度梯度模拟器包括上循环盘管和下循环盘管，上循环盘管和下循环盘管布置在所述反应釜体内的上下两端，所述上循环盘管和下循环盘管均采用独立的热交换装置来实现热传导介质在盘管内的循环；在所述反应釜体内，上循环盘管和下循环盘管之间间隔设置有N根控温管，以使得在反应釜体内产生垂直温度梯度，N为正整数；所述控温管也均是采用独立的热交换装置来实现热传导介质在控温管内的循环。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述N根控温自下而上等距分布且控温管之间的温差恒定，所述控温管之间的温差表示为：ΔT＝(T1-T2)/(N+1)；其中，T1为下循环盘管的温度，T2为上循环管的温度，T1＞T2。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，在所述反应釜体内还设置有温度传感器，以用于监测上循环盘管、下循环盘管以及N根控温管的温度，并将所监测到的温度数据传输至控制器，由控制器根据所监测到温度数据来实时调整各热交换装置的工作，以使得反应釜体内的垂直温度梯度实时保持稳定状态。如上所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，进一步地，所述开采通道上设有下封头滤网，下封头滤网压头将所述下封头滤网固定在所述开采通道的入口槽，所述下封头滤网与所述开采通道的入口槽之间设有下封头滤网压垫。一种天然气水合物全尺寸开采模拟实验方法，其使用如上任一所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置以及水合物生成釜进行，所述水合物生成釜包括上釜盖、釜体和下釜盖，其特征在于，所述方法包括以下步骤：选择封闭不同数量的全直径井筒的射孔或在射孔上安装不同数量的筛网；将全直径井筒以水平或竖直布置方式密封贯穿安装在水合物生成釜中，其中，全直径井筒的上端部分伸出水合物生成釜的上釜盖，全直径井筒的设有射孔部分位于水合物生成釜的釜体内，全直径井筒的下端部分伸出水合物生成釜的下釜盖；在水合物生成釜内的天然气水合物满足开采条件后，天然气水合物的气水砂混合物通过射孔进入全直径井筒内，气水砂混合物大部分通过开采通道排出，排水通道排出部分水合物模拟开采过程全直径井筒中的水，部分甲烷气体从排气通道产出。一种天然气水合物全尺寸开采模拟实验方法，其使用如上任一所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置以及水合物生成釜进行，所述水合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，用于反应釜中，所述反应釜包括上釜盖、下釜盖和釜体，所述上釜盖与所述下釜盖密封闭合在所述釜体的两端以形成封闭腔体，所述内腔填充有多孔介质和液体，多孔介质和液体用于模拟水合物储层的地质分层结构，其特征在于，包括全直径井筒，所述全直径井筒内设有加热循环管和温传插装管且所述全直径井筒具有上密封组件和下密封组件，/n所述上密封组件包括上封头和上封头压帽，所述上封头的部分密封插入的所述全直径井筒的上端且被所述上封头压帽固定，所述上封头贯穿设有排气通道，所述排气通道用于排出水合物模拟开采过程中的甲烷气体；/n所述下密封组件包括下封头和下封头压套，所述下封头的部分密封插入的所述全直径井筒的下端且被所述下封头压套固定，所述下封头贯穿设有开采通道及排水通道，所述开采通道用于排出水合物模拟开采过程中的气水砂混合物，所述排水通道用于排出水合物模拟开采过程全直径井筒中的水以提取井筒液；/n所述加热循环管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端一直延伸至所述全直径井筒的下端，并在靠近所述全直径井筒的下端处弯折朝向所述全直径井筒的上端延伸，加热循环管用于防止在全直径井筒内生成水合物；/n所述温传插装管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端向所述全直径井筒的下端延伸，温传插装管内设有温度传感器，温度传感器用于监测水合物模拟开采过程中全直径井筒内的温度；/n所述全直径井筒的筒体部分开设有具有防砂组件的射孔，所述射孔用于在水合物储层生成过程中关闭而开采过程中开启。/n...

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，用于反应釜中，所述反应釜包括上釜盖、下釜盖和釜体，所述上釜盖与所述下釜盖密封闭合在所述釜体的两端以形成封闭腔体，所述内腔填充有多孔介质和液体，多孔介质和液体用于模拟水合物储层的地质分层结构，其特征在于，包括全直径井筒，所述全直径井筒内设有加热循环管和温传插装管且所述全直径井筒具有上密封组件和下密封组件，
所述上密封组件包括上封头和上封头压帽，所述上封头的部分密封插入的所述全直径井筒的上端且被所述上封头压帽固定，所述上封头贯穿设有排气通道，所述排气通道用于排出水合物模拟开采过程中的甲烷气体；
所述下密封组件包括下封头和下封头压套，所述下封头的部分密封插入的所述全直径井筒的下端且被所述下封头压套固定，所述下封头贯穿设有开采通道及排水通道，所述开采通道用于排出水合物模拟开采过程中的气水砂混合物，所述排水通道用于排出水合物模拟开采过程全直径井筒中的水以提取井筒液；
所述加热循环管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端一直延伸至所述全直径井筒的下端，并在靠近所述全直径井筒的下端处弯折朝向所述全直径井筒的上端延伸，加热循环管用于防止在全直径井筒内生成水合物；
所述温传插装管的一端穿过所述上封头并被固定在所述上封头上，另一端向所述全直径井筒的下端延伸，温传插装管内设有温度传感器，温度传感器用于监测水合物模拟开采过程中全直径井筒内的温度；
所述全直径井筒的筒体部分开设有具有防砂组件的射孔，所述射孔用于在水合物储层生成过程中关闭而开采过程中开启。


2.根据权利要求1所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，其特征在于，所述防砂组件包括射孔压头、筛网压垫和射孔防砂筛网，所述射孔防砂筛网和射孔之间设有筛网压垫，射孔压头将射孔防砂筛网固定在射孔中。


3.根据权利要求1所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，其特征在于，所述排水通道包括四根阶梯放水管，四根所述阶梯放水管的一端都穿过所述下封头并被固定在所述下封头上，另一端分别向所述上封头延伸不同的长度，以排出所述全直径井筒内的1/4、2/4、3/4和全部井管水，以模拟在所述全直径井筒的不同高度排出不同量的井管水。


4.根据权利要求1所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，其特征在于，所述上封头具有凸缘，所述全直径井筒上端具有阶梯配合面，所述上封头的部分密封插入的所述全直径井筒的上端时，所述上封头的凸缘卡在所述全直径井筒上端的阶梯配合面上，所述上封头压帽套压在所述上封头的凸缘上以实现密封；所述温传插装管的一端与所述上封头之间密封设置有第一橡胶O形圈，所述加热循环管伸出所述上封头的部分被温传插装管锁母固定。


5.根据权利要求1所述的天然气水合物全尺寸开采模拟井装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小森，陈朝阳，王屹，夏志明，李刚，张郁，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44