一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，包括高压反应釜、注入管道和排出管道；高压反应釜置于恒温箱内，一端与注入系统和液压油罐相连接，另一端通过排出管道分别与气液回收系统和注酸系统相连接，液压油罐用于控制高压反应釜内部的压力，注入系统用于向高压反应釜内注入甲烷和水，气液回收系统用于收集流出高压反应釜的流体，注酸系统用于提供酸液。本发明专利技术还提供了一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验方法，包括制备天然气水合物沉积物试样、模拟近井储层内天然气水合物的降压分解、确定储层的堵塞程度和注酸解堵效果评价，实现了对天然气水合物开采过程的室内研究，为天然气水合物的高效开采奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置及方法
本专利技术涉及天然气水合物开采
，具体涉及一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置及方法。
技术介绍
天然气水合物是一种清洁能源，作为传统化石燃料的理想替代品，天然气水合物储量巨大，具有良好的利用前景。与常规石油和天然气相比，天然气水合物矿藏埋藏较浅，主要赋存于海底以下1～1500m的松散沉积层中，储层强度较低，主要为泥质砂岩储层，并且天然气水合物对储层起到了胶结和支撑的作用。在天然气水合物的开采前期，随着井筒附近天然气水合物的分解，近井储层强度降低，在地应力的作用下，储层内的孔隙体积压缩造成近井储层的孔隙度降低，同时，天然气水合物的开采过程中存在严重的出砂现象，采取防砂措施后会在近井储层内造成堵砂。基于上述因素的综合作用，导致天然气水合物开采过程中近井储层堵塞，产能损失，降低生产效益。然而目前对于天然气水合物开采过程中近井堵塞研究较少，因此，亟需针对天然气水合物开采过程中近井堵塞的问题进行研究，提出有效的解决工具及方法。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置及方法，实现了对天然气水合物开采近井堵塞和解堵过程的模拟，有利于准确评价近井储层的堵塞程度及注酸解堵效果，为有效提高天然气水合物的开采效益提供了依据。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，包括高压反应釜、注入管道和排出管道；所述高压反应釜置于恒温箱内，高压反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，顶盖上设置有注入孔和加压孔，底盖上设置有排出孔，反应釜本体侧壁近顶盖一侧设置有温度传感器安装孔，用于固定温度传感器，反应釜本体侧壁近底盖一侧等间距设置有多个压力传感器安装孔，用于固定压力传感器，温度传感器和压力传感器均通过数据信号传输线与数据处理系统相连接，反应釜本体内部设置有带中心孔的活塞，活塞与底盖之间设置有一对防砂网，其中一个与底盖固定连接，另一个与活塞相固定，活塞与顶盖之间的空间为液压空腔，加压孔通过第一管道与液压油罐相连接，用于向活塞施加压力，第一管道靠近液压油罐一端依次设置有液压压力表、液压阀和液压泵；所述注入管道一端置于恒温箱内部，依次穿过顶盖的注入孔和活塞的中心孔与高压反应釜相连接，另一端置于恒温箱外部与注入系统相连接，恒温箱外部靠近恒温箱入口端的注入管道上设置有注入流体压力表，恒温箱内部靠近高压反应釜顶盖一侧的注入管道呈螺旋形结构，注入系统包括甲烷气瓶和储水罐，甲烷气瓶通过第二管道与注入管道相连接，第二管道近甲烷气瓶一端依次设置有进气阀、气体增压泵和甲烷气瓶阀，储水罐通过第三管道与注入管道相连接，第三管道近储水罐一端依次设置有进水阀、恒流水阀和恒流泵，第三管道上设置有增压分路，增压分路与第三管道相连通，增压分路的进液端设置于恒流泵与恒流水阀之间，出液端设置于恒流水阀与进水阀之间，增压分路进液端一侧依次设置有增压水阀和液体增压泵；所述排出管道一端置于恒温箱内部，穿过底盖的排出孔与高压反应釜相连接，另一端置于恒温箱外部，分别与气液回收系统和注酸系统相连接，恒温箱外部靠近恒温箱出口端一侧排出管道上依次设置有出口阀、背压阀和排出流体压力表，气液回收系统包括流出气体储罐、流出液体储罐和废液罐，流出气体储罐通过第四管道依次与气液分离器和排出管道相连接，第四管道靠近排出管道一侧设置有气液阀，气液分离器与流出气体储罐之间的管道上设置有湿式气体流量计，流出液体储罐通过第五管道与排出管道相连接，第五管道靠近流出液体储罐一侧依次设置有水流出阀和液体流量计，废液罐通过第六管道与排出管道相连接，第六管道靠近废液罐一侧设置有废液阀，注酸系统包括混酸容器，混酸容器的进液端通过注酸管道分别与盐酸储罐和氢氟酸储罐相连接，混酸容器与盐酸储罐相连的注酸管道上设置有盐酸阀，与氢氟酸储罐相连的注酸管道上设置有氢氟酸阀，混酸容器的出液端通过第七管道与排出管道相连接，第七管道靠近混酸容器一侧依次设置有酸压泵和进酸阀。优选地，所述高压反应釜采用不锈耐酸钢体制成，呈圆柱体结构，反应釜本体与顶盖、底盖均为螺纹连接。优选地，所述盐酸储罐内设置有浓度为10％的盐酸，氢氟酸储罐内设置有浓度为8％的氢氟酸。优选地，所述活塞外部套设有丁基橡胶密封圈，与高压反应釜内壁相紧贴。优选地，所述恒温箱上设置有温度计，用于监测恒温箱内部的温度。优选地，所述排出管道、第六管道、第七管道和注酸管道均采用不锈耐酸钢制成。一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验方法，采用如上所述的实验装置，具体包括如下步骤：步骤1，制备天然气水合物沉积物试样，具体包括以下步骤：步骤1.1，根据天然气水合物沉积物试样的尺寸及孔隙度，计算制备天然气水合物沉积物试样所需石英砂和高岭土的质量，按照计算结果称取石英砂和高岭土，将两者均匀混合形成砂土混合物后置于高压反应釜底部，盖紧高压反应釜的顶盖和底盖，利用高压反应釜的底盖模拟井壁，将压力传感器固定于高压反应釜的压力传感器安装孔中，计算各压力传感器与高压反应釜底盖之间的距离，并按照由近及远的顺序对压力传感器进行编号，再将温度传感器固定于高压反应釜的温度传感器安装孔中，开启恒温箱，设置恒温箱的温度，实验过程中保持恒温箱的温度不变；步骤1.2，开启液压阀，启动液压泵，液压油罐中的液压油通过第一管道流入高压反应釜的液压空腔内，向活塞提供轴向压力，利用活塞将砂土混合物压制成固结试样，结合液压压力表的示数，控制液压阀，使得活塞所受轴向压力与模拟天然气水合物储层的水平地层应力相同，实验过程中保持活塞所受轴向压力不变；步骤1.3，根据天然气水合物沉积物试样的饱和度，确定制备天然气水合物沉积物试样所需注入的水量，依次开启恒流水阀、进水阀和恒流泵，储水罐中的水在恒流泵的作用下通过注入管道注入高压反应釜内，依次关闭恒流泵、恒流水阀和进水阀后，再依次开启甲烷气瓶阀、进气阀和气体增压泵，甲烷气瓶中的甲烷气体在气体增压泵的作用下通过注入管道注入高压反应釜内，甲烷气体在高压反应釜内产生憋压压力，结合注入流体压力表的示数，使得高压反应釜内甲烷气体的憋压压力大于该温度条件下天然气水合物的相平衡压力；其中，天然气水合物的相平衡压力计算公式如式(1)所示：式中，P平衡表示天然气水合物的相平衡压力，单位为MPa；T表示天然气水合物的温度，单位为K；步骤1.4，继续向高压反应釜内注入甲烷气体，观察注入流体压力表的示数，当注入流体压力表的示数不再发生变化时，固结试样孔隙中的水与注入高压反应釜内的甲烷气体充分反应生成天然气水合物，形成天然气水合物沉积物试样，依次关闭气体增压泵、进气阀和甲烷气瓶阀，停止向高压反应釜内通入甲烷气体；步骤2，模拟天然气水合物的降压分解过程利用高压反应釜底盖模拟井壁，天然气水合物沉积物试样用于模拟靠近井壁处的天然气水合物储层，对天然气水合物沉积物试样中的天然气水合物进行降压分解实验，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，包括高压反应釜(14)、注入管道和排出管道；/n所述高压反应釜(14)置于恒温箱(15)内，高压反应釜(14)包括反应釜本体、顶盖(14-1)和底盖(14-6)，顶盖(14-1)上设置有注入孔和加压孔，底盖(14-6)上设置有排出孔，反应釜本体侧壁近顶盖(14-1)一侧设置有温度传感器安装孔，用于固定温度传感器(14-8)，反应釜本体侧壁近底盖(14-6)一侧等间距设置有多个压力传感器安装孔，用于固定压力传感器(14-7)，温度传感器(14-8)和压力传感器(14-7)均通过数据信号传输线与数据处理系统相连接，反应釜本体内部设置有带中心孔的活塞(14-3)，活塞(14-3)与底盖(14-6)之间设置有一对防砂网(14-5)，其中一个与底盖(14-6)固定连接，另一个与活塞(14-3)相固定，活塞(14-3)与顶盖(14-1)之间的空间为液压空腔，加压孔通过第一管道与液压油罐(38)相连接，用于向活塞(14-3)施加压力，第一管道靠近液压油罐(38)一端依次设置有液压压力表(35)、液压阀(36)和液压泵(37)；/n所述注入管道一端置于恒温箱(15)内部，依次穿过顶盖(14-1)的注入孔和活塞(14-3)的中心孔与高压反应釜(14)相连接，另一端置于恒温箱(15)外部与注入系统相连接，恒温箱(15)外部靠近恒温箱(15)入口端的注入管道上设置有注入流体压力表(11)，恒温箱(15)内部靠近高压反应釜顶盖(14-1)一侧的注入管道呈螺旋形结构，注入系统包括甲烷气瓶(10)和储水罐(1)，甲烷气瓶(10)通过第二管道与注入管道相连接，第二管道近甲烷气瓶(10)一端依次设置有进气阀(7)、气体增压泵(8)和甲烷气瓶阀(9)，储水罐(1)通过第三管道与注入管道相连接，第三管道近储水罐(1)一端依次设置有进水阀(6)、恒流水阀(5)和恒流泵(2)，第三管道上设置有增压分路，增压分路与第三管道相连通，增压分路的进液端设置于恒流泵(2)与恒流水阀(5)之间，出液端设置于恒流水阀(5)与进水阀(6)之间，增压分路进液端一侧依次设置有增压水阀(3)和液体增压泵(4)；/n所述排出管道一端置于恒温箱(15)内部，穿过底盖(14-6)的排出孔与高压反应釜(14)相连接，另一端置于恒温箱(15)外部，分别与气液回收系统和注酸系统相连接，恒温箱(15)外部靠近恒温箱(15)出口端一侧排出管道上依次设置有出口阀(16)、背压阀(17)和排出流体压力表(18)，气液回收系统包括流出气体储罐(34)、流出液体储罐(21)和废液罐(22)，流出气体储罐(34)通过第四管道依次与气液分离器(32)和排出管道相连接，第四管道靠近排出管道一侧设置有气液阀(31)，气液分离器(32)与流出气体储罐(34)之间的管道上设置有湿式气体流量计(33)，流出液体储罐(21)通过第五管道与排出管道相连接，第五管道靠近流出液体储罐(21)一侧依次设置有水流出阀(19)和液体流量计(20)，废液罐(22)通过第六管道与排出管道相连接，第六管道靠近废液罐(22)一侧设置有废液阀(23)，注酸系统包括混酸容器(26)，混酸容器(26)的进液端通过注酸管道分别与盐酸储罐(28)和氢氟酸储罐(29)相连接，混酸容器(26)与盐酸储罐(28)相连的注酸管道上设置有盐酸阀(27)，与氢氟酸储罐(29)相连的注酸管道上设置有氢氟酸阀(30)，混酸容器(26)的出液端通过第七管道与排出管道相连接，第七管道靠近混酸容器(26)一侧依次设置有酸压泵(25)和进酸阀(24)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，包括高压反应釜(14)、注入管道和排出管道；
所述高压反应釜(14)置于恒温箱(15)内，高压反应釜(14)包括反应釜本体、顶盖(14-1)和底盖(14-6)，顶盖(14-1)上设置有注入孔和加压孔，底盖(14-6)上设置有排出孔，反应釜本体侧壁近顶盖(14-1)一侧设置有温度传感器安装孔，用于固定温度传感器(14-8)，反应釜本体侧壁近底盖(14-6)一侧等间距设置有多个压力传感器安装孔，用于固定压力传感器(14-7)，温度传感器(14-8)和压力传感器(14-7)均通过数据信号传输线与数据处理系统相连接，反应釜本体内部设置有带中心孔的活塞(14-3)，活塞(14-3)与底盖(14-6)之间设置有一对防砂网(14-5)，其中一个与底盖(14-6)固定连接，另一个与活塞(14-3)相固定，活塞(14-3)与顶盖(14-1)之间的空间为液压空腔，加压孔通过第一管道与液压油罐(38)相连接，用于向活塞(14-3)施加压力，第一管道靠近液压油罐(38)一端依次设置有液压压力表(35)、液压阀(36)和液压泵(37)；
所述注入管道一端置于恒温箱(15)内部，依次穿过顶盖(14-1)的注入孔和活塞(14-3)的中心孔与高压反应釜(14)相连接，另一端置于恒温箱(15)外部与注入系统相连接，恒温箱(15)外部靠近恒温箱(15)入口端的注入管道上设置有注入流体压力表(11)，恒温箱(15)内部靠近高压反应釜顶盖(14-1)一侧的注入管道呈螺旋形结构，注入系统包括甲烷气瓶(10)和储水罐(1)，甲烷气瓶(10)通过第二管道与注入管道相连接，第二管道近甲烷气瓶(10)一端依次设置有进气阀(7)、气体增压泵(8)和甲烷气瓶阀(9)，储水罐(1)通过第三管道与注入管道相连接，第三管道近储水罐(1)一端依次设置有进水阀(6)、恒流水阀(5)和恒流泵(2)，第三管道上设置有增压分路，增压分路与第三管道相连通，增压分路的进液端设置于恒流泵(2)与恒流水阀(5)之间，出液端设置于恒流水阀(5)与进水阀(6)之间，增压分路进液端一侧依次设置有增压水阀(3)和液体增压泵(4)；
所述排出管道一端置于恒温箱(15)内部，穿过底盖(14-6)的排出孔与高压反应釜(14)相连接，另一端置于恒温箱(15)外部，分别与气液回收系统和注酸系统相连接，恒温箱(15)外部靠近恒温箱(15)出口端一侧排出管道上依次设置有出口阀(16)、背压阀(17)和排出流体压力表(18)，气液回收系统包括流出气体储罐(34)、流出液体储罐(21)和废液罐(22)，流出气体储罐(34)通过第四管道依次与气液分离器(32)和排出管道相连接，第四管道靠近排出管道一侧设置有气液阀(31)，气液分离器(32)与流出气体储罐(34)之间的管道上设置有湿式气体流量计(33)，流出液体储罐(21)通过第五管道与排出管道相连接，第五管道靠近流出液体储罐(21)一侧依次设置有水流出阀(19)和液体流量计(20)，废液罐(22)通过第六管道与排出管道相连接，第六管道靠近废液罐(22)一侧设置有废液阀(23)，注酸系统包括混酸容器(26)，混酸容器(26)的进液端通过注酸管道分别与盐酸储罐(28)和氢氟酸储罐(29)相连接，混酸容器(26)与盐酸储罐(28)相连的注酸管道上设置有盐酸阀(27)，与氢氟酸储罐(29)相连的注酸管道上设置有氢氟酸阀(30)，混酸容器(26)的出液端通过第七管道与排出管道相连接，第七管道靠近混酸容器(26)一侧依次设置有酸压泵(25)和进酸阀(24)。


2.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，所述高压反应釜(14)采用不锈耐酸钢体制成，呈圆柱体结构，反应釜本体与顶盖(14-1)、底盖(14-6)均为螺纹连接。


3.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，所述盐酸储罐(28)内设置有浓度为10％的盐酸，氢氟酸储罐(29)内设置有浓度为8％的氢氟酸。


4.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，所述活塞(14-3)外部套设有丁基橡胶密封圈(14-4)，与高压反应釜(14)内壁相紧贴。


5.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，所述恒温箱(15)上设置有温度计(13)，用于监测恒温箱(15)内部的温度。


6.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验装置，其特征在于，所述排出管道、第六管道、第七管道和注酸管道均采用不锈耐酸钢制成。


7.一种模拟天然气水合物开采近井堵塞和解堵的实验方法，其特征在于，采用权利要求1所述的实验装置，具体包括如下步骤：
步骤1，制备天然气水合物沉积物试样，具体包括以下步骤：
步骤1.1，根据天然气水合物沉积物试样的尺寸及孔隙度，计算制备天然气水合物沉积物试样所需石英砂和高岭土的质量，按照计算结果称取石英砂和高岭土，将两者均匀混合形成砂土混合物后置于高压反应釜(14)底部，盖紧高压反应釜(14)的顶盖(14-1)和底盖(14-6)，利用高压反应釜(14)的底盖(14-6)模拟井壁，将压力传感器(14-7)固定于高压反应釜(14)的压力传感器安装孔中，计算各压力传感器与高压反应釜底盖(14-6)之间的距离，并按照由近及远的顺序对压力传感器(14-7)进行编号，再将温度传感器(14-8)固定于高压反应釜(14)的温度传感器安装孔中，开启恒温箱(15)，设置恒温箱(15)的温度，实验过程中保持恒温箱(15)的温度不变；
步骤1.2，开启液压阀(36)，启动液压泵(37)，液压油罐(38)中的液压油通过第一管道流入高压反应釜(14)的液压空腔内，向活塞(14-3)提供轴向压力，利用活塞(14-3)将砂土混合物压制成固结试样，结合液压压力表(35)的示数，控制液压阀(36)，使得活塞(14-3)所受轴向压力与模拟天然气水合物储层的水平地层应力相同，实验过程中保持活塞(14-3)所受轴向压力不变；
步骤1.3，根据天然气水合物沉积物试样的饱和度，确定制备天然气水合物沉积物试样所需注入的水量，依次开启恒流水阀(5)、进水阀(6)和恒流泵(2)，储水罐(1)中的水在恒流泵(2)的作用下通过注入管道注入高压反应釜(14)内，依次关闭恒流泵(2)、恒流水阀(5)和进水阀(6)后，再依次开启甲烷气瓶...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫传梁，陈勇，程远方，李淑霞，陆程，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37