本实用新型专利技术涉及一种天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置，包括主体反应系统、供气系统、供液系统、注入系统、观测系统、分离收集系统和温度控制系统，供气系统分别与注入系统和主体反应系统连接，供液系统分别与主体反应系统和注入系统连接，在分离收集系统与主体反应系统的连接管路上设有观测系统，温度控制系统与主体反应系统连接。能够模拟不同生产应力条件下天然气水合物储层水平井开采出砂过程，基于压力变化特征和砾石充填层中渗透率的变化，评价水合物储层水平井开采过程中砾石层的非均匀堵塞及携砂流体性质对堵塞程度的影响，为水合物储层水合物开采过程中挡砂介质的堵塞机理分析及水合物的安全高效开发提供参考。供参考。供参考。
【技术实现步骤摘要】
天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置
[0001]本技术涉及天然水合物模拟实验领域，特别是一种天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置。
技术介绍
[0002]天然气水合物因其具有分布广、资源量大和无污染等优点被世界各国视为未来石油和天然气的战略性替代能源。在水合物开采过程中，相态变化和储层强度降低会导致储层出砂，严重制约水合物的高效开发。2007年在加拿大马更歇进行的水合物试采和2013年日本在南海海槽进行的水合物试采表明，储层出砂是困扰天然气水合物长效开采的关键问题。因此，要实现天然气水合物长期稳定的商业开采，必须攻克水合物储层的出砂难题。
[0003]在防砂设计及施工过程中，既要考虑充分释放天然气水合物储层的产能，提高产量，又要防止出现砂堵，影响开采进程。为了实现增产目的，通过水平井开发天然气水合物储层成为一个重要手段。水平井的井眼轨迹、防砂控砂筛管结构及挡砂介质性能决定了挡砂效果和增产效果，对于水合物储层水平井砾石充填防砂具有重要意义。然而，如何评价水合物储层水平井砾石充填防砂工艺的防砂效果、优选防砂控砂筛管及挡砂介质，对于防砂工艺成为目前亟待解决的关键问题。
[0004]此外，对于天然气水合物开采过程，通过控砂筛管进入井筒的主要为孔隙中的颗粒较小的游离砂还是水合物胶结的颗粒较小的骨架砂，以及它们在井筒中的运移规律仍需要进一步探究。控砂筛管如果能将水合物储层水平井开采过程模拟与砾石充填控砂筛管方式结合并设置辅助观测识别设备，则不仅能实现水合物储层水平井砾石充填防砂条件下开采过程的模拟及出砂特性的定量观测，还能够分析地层中主要的出砂位置及井筒中砂粒运移规律，探究天然气水合物水平井开采过程中地层的出砂规律、砂粒来源及井筒中砂粒运移特性，从而为水平井砾石充填参数及开采方案的设计提供参考。
技术实现思路
[0005]本技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置，能够模拟不同生产应力条件下天然气水合物储层水平井开采出砂过程，基于压力变化特征和砾石充填层中渗透率的变化，分析水合物储层出砂过程中挡砂介质的堵塞特征及应力状态、砾石充填层参数、控砂筛管类型以及携砂流体性质等因素对堵塞特性的影响影响规律，评价水合物储层水平井开采过程中砾石层的非均匀堵塞及携砂流体性质对堵塞程度的影响，可为水合物储层水合物开采过程中挡砂介质的堵塞机理分析及水合物的安全高效开发提供参考。
[0006]本技术的技术方案是：一种天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置，其中，包括主体反应系统、供气系统、供液系统、注入系统、观测系统、分离收集系统和温度控制系统，供气系统分别与注入系统和主体反应系统连接，供液系统分别与主体反应系统和注入系统连接，在分离收集系统与主体反应系统的连接管路上设有观测系统，温度控
制系统与主体反应系统连接；
[0007]主体反应系统包括耐压反应釜、分流块、模拟水合物储层、砾石填充层、控砂筛管、温压传感器和端盖，耐压反应釜呈水平方向设置，其内部呈中空状，耐压反应釜与两端的端盖组成密闭的腔体，分流块、模拟水合物储层、砾石填充层和控砂筛管设置在该腔体内，耐压反应釜的侧壁上设有围压液入口，围压液入口与注入系统的出口连接，端盖上设有出口，出口通过连接管线与分离收集系统连接，耐压反应釜的内侧设有分流块，分流块的两端分别抵在两端盖的内壁，分流块为圆管体，分流块的侧壁上均匀间隔设置小孔，分流块的内侧设有模拟水合物储层，模拟水合物储层的内侧设有砾石填充层，模拟水合物储层与砾石填充层的层高比例为2:1，模拟水合物储层的两端均设有数个温压传感器，温压传感器沿模拟水合物储层的圆周方向间隔设置，温压传感器的一端固定在端盖上，另一端插入模拟水合物储层内，砾石填充层的内侧设有控砂筛管，控砂筛管的两端分别通过接头与端盖固定连接；
[0008]所述注入系统包括搅拌器，搅拌器的出口通过连接管线与主体反应系统的围压液入口连接；供气系统包括气瓶，气瓶的一个出口通过连接管线与搅拌器连接，气瓶的另一个出口直接与主体反应系统连接；供液系统包括水箱，水箱的一个出口通过连接管线与搅拌器连接，水箱的另一出口直接与主体反应系统连接；
[0009]所述观测系统包括模拟井筒、摄像机、激光器和堵头，模拟井筒的一端与端盖上的出口连接，模拟井筒的另一端设有堵头，堵头通过连接管线与分离收集系统连接，模拟井筒的筒壁上间隔设置数个透明视窗，模拟井筒的外侧设有摄像机和激光器；
[0010]所述分离收集系统包括气液固分离器、集水箱和集气瓶，气液固分离器的入口通过连接管线与耐压反应釜的出口连接，气液固分离器的出水口与集水箱连接，气液固分离器的出气口与集气瓶连接。
[0011]本技术中，所述耐压反应釜与端盖之间通过间隔设置的紧定螺栓固定连接，紧定螺钉设置在端盖上。
[0012]所述耐压反应釜的下方设有支撑座，支撑座与耐压反应釜的底部之间通过立管固定连接，耐压反应釜的底部固定有数个立管连接块，立管的顶端与立管连接块固定连接，立管的底部与支撑座固定连接。
[0013]所述搅拌器与耐压反应釜的连接管线上依次安装有泵Ⅰ、流量计Ⅰ、压力表Ⅰ、阀门Ⅰ。
[0014]所述气瓶与搅拌器的连接管线上依次安装有流量计Ⅱ、阀门Ⅲ，用于向搅拌器内输入气体；气瓶与耐压反应釜的连接管线上依次设有流量计Ⅱ、阀门Ⅱ、阀门Ⅰ、压力表Ⅰ，用于为模拟水合物储层内的水合物的合成提供气体。
[0015]所述水箱与搅拌器的连接管线上依次安装有泵Ⅱ、阀门
Ⅴ
，用于向搅拌器内输入液体；水箱与耐压反应釜的连接管线上依次安装有泵Ⅱ、压力表Ⅱ、阀门Ⅳ。
[0016]支撑架的上下两端分别通过支撑立管与端盖的外壁固定连接，支撑立管通过连接块与端盖外壁固定连接，模拟井筒穿过支撑架的中心孔。支撑立管和支撑架对模拟井筒起到支撑作用。
[0017]所述温度控制系统包括恒温箱，耐压反应釜放置在恒温箱内，通过恒温箱来控制和维持耐压反应釜内的温度。
[0018]在气液固分离器和耐压反应釜的连接管线上依次设有压力表Ⅲ和回压阀。
[0019]该装置还包括数据处理系统，数据处理系统分别与供液系统、供气系统、注入系统、主体反应系统以及分离收集系统连接，包括计算机和数据处理器。
[0020]本技术的有益效果是：
[0021](1)模拟水合物储层水平井砾石充填防砂条件下出砂特性：模拟水合物储层在水平井开采条件下出砂过程，根据渗透率及砾石充填层压力变化特征分析挡砂介质的堵塞特征，通过对比不同应力条件下的出砂规律，探究应力状态对水平井出砂特征的影响；
[0022](2)通过不同荧光剂分别对细砂颗粒和模拟水合物储层砂进行光学处理并染色，在激光照射条件下摄像机能够采集模拟井筒中粒子图像并对不同粒子进行区分；基于示踪粒子在井筒的分布和浓度可以分析天然气水合物水平井开采过程中地层砂颗粒在井筒的运移特性及分布规律，进一步探究地层出砂位置及地层砂颗粒运移规律；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物储层水平井开采出砂模拟实验装置，其特征在于：包括主体反应系统、供气系统、供液系统、注入系统、观测系统、分离收集系统和温度控制系统，供气系统分别与注入系统和主体反应系统连接，供液系统分别与主体反应系统和注入系统连接，在分离收集系统与主体反应系统的连接管路上设有观测系统，温度控制系统与主体反应系统连接；所述主体反应系统包括耐压反应釜(1)、分流块(2)、模拟水合物储层(21)、砾石填充层(20)、控砂筛管(5)、温压传感器(3)和端盖(11)，耐压反应釜(1)呈水平方向设置，其内部呈中空状，耐压反应釜(1)与两端的端盖(11)组成密闭的腔体，分流块(2)、模拟水合物储层(21)、砾石填充层(20)和控砂筛管(5)设置在该腔体内，耐压反应釜(1)的侧壁上设有围压液入口(22)，围压液入口(22)与注入系统的出口连接，端盖(11)上设有出口，出口通过连接管线与分离收集系统连接，耐压反应釜(1)的内侧设有分流块(2)，分流块(2)的两端分别抵在两端盖(11)的内壁，分流块(2)为圆管体，分流块(2)的侧壁上均匀间隔设置小孔，分流块(2)的内侧设有模拟水合物储层(21)，模拟水合物储层(21)的内侧设有砾石填充层(20)，模拟水合物储层(21)与砾石填充层(20)的层高比例为2:1，模拟水合物储层(21)的两端均设有数个温压传感器(3)，温压传感器(3)沿模拟水合物储层(21)的圆周方向间隔设置，温压传感器(3)的一端固定在端盖(11)上，另一端插入模拟水合物储层(21)内，砾石填充层(20)的内侧设有控砂筛管(5)，控砂筛管(5)的两端分别通过接头(4)与端盖(11)固定连接；所述注入系统包括搅拌器(27)，搅拌器(27)的出口通过连接管线与主体反应系统的围压液入口(22)连接；供气系统包括气瓶(31)，气瓶(31)的一个出口通过连接管线与搅拌器(27)连接，气瓶(31)的另一个出口直接与主体反应系统连接；供液系统包括水箱(36)，水箱(36)的一个出口通过连接管线与搅拌器(27)连接，水箱(36)的另一出口直接与主体反应系统连接；所述观测系统包括模拟井筒(16)、摄像机(17)、激光器(18)和堵头(19)，模拟井筒(16)的一端与端盖(11)上的出口连接，模拟井筒(16)的另一端设有堵头(19)，堵头(19)通过连接管线与分离收集系统连接，模拟井筒(16)的筒壁上间隔设置数个透明视窗(15)，模拟井筒(16)的外侧设有摄像机(17)和激光器(18)；所述分离收集系统包括气液固分离器(39)、集水箱(42)和集气瓶(41)，气液固分离器(39)的入口通过连接管线与耐压反应釜(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，董林，陈强，廖华林，孙建业，万义钊，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：
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