相变材料的应用及消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法技术

本发明专利技术提供了相变材料的应用及消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法。该应用为相变材料在物理模拟过程中作为壁效应消除用试剂的应用。该方法包括：在水合物开采物理模拟高压釜内填充一定体积的水饱和沉积层，釜上部留有一定的剩余空间；抽真空除去釜内气体；从釜上部注入相变材料至釜内压力升至一定压力后停止；打开釜下部排水阀从釜上部继续注入相变材料驱替一定量的沉积层中的孔隙水使得相变材料浸入沉积层一定深度；关闭釜上部注入阀，从釜下部注水至釜内压力达到水合物开采物理模拟对应的地层模拟压力后停止注入；釜压力维持在水合物开采物理模拟对应的地层模拟压力下对釜进行降温至相变材料相变温度以下使相变材料发生相变成为固态。相变材料发生相变成为固态。相变材料发生相变成为固态。

【技术实现步骤摘要】
相变材料的应用及消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法


[0001]本专利技术属于天然气水合物开采
，涉及相变材料在物理模拟过程中作为壁效应消除用试剂的应用及消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物是天然气和水在一定的高压和低温条件下形成的冰状物质，主要赋存于深海沉积物或陆域的永久冻土层中，具有储量大、埋藏浅、洁净等特点。据估算，天然气水合物所含的甲烷储量是现有天然气、煤炭、石油全球储量的2倍，总有机碳含量高达十万亿吨，是重要的接替能源。
[0003]与传统油气资源储层不同，天然气水合物大多赋存于海底沉积物中，海底环境下的天然气水合物的储层一般没有固定稳定的上覆盖层或封闭岩层，渗透率随地质环境有较大变化，极具复杂性和不稳定性。部分水合物储层还具有埋深浅、类型多样、水合物成藏过程复杂、水合物分解和运移机理复杂等特点，水合物钻采过程中不确定因素较大、实现高效开采面临巨大挑战。
[0004]为了指导人们优化现有水合物开采工艺，开发新的、更高效安全的开采工艺技术，亟需在实验室条件下开展和真实开采过程具有相似可比性的物模实验。水合物领域的研究已经开展了数十年，物理模拟研究方面无论是在实验模拟装置还是数据监测方面都积累了可靠的物质基础。尽管水合物物模实验方面已取得了众多辉煌的成果并已为多次海域现场开采提供了一定技术支持，但当前实验室条件下所进行的相关物模实验中所出现的壁效应依旧难以消除，这将在一定程度上影响获取数据的可靠性。壁效应是指各类水合物高压反应釜器壁的影响，这种影响主要指靠近器壁的空间结构与其它部分有很大差别，器壁处的流动状况、传质、传热状况与主流体中也有很大差别。当所使用的反应模拟器尺寸有限时，壁效应对实验室条件下水合物开采物模实验中所展现的传质、传热及反应规律影响较大。在水合物物模实验中，由于沉积层样品组成多为石英砂，沉积层水饱和或水合物分解过程中砂层均可能出现一定程度的沉降，这将导致釜上部出现较大的空隙空间并使得壁效应显著。同时，在水合物开采实验中，分解所产生的气体和液体将更倾向于向釜上部空隙空间运移，这将对所获取的传质、传热规律产生严重干扰。
[0005]综上，在实验室条件下开展的水合物开采物模实验中有效消除壁效应是十分具有现实意义的，壁效应的客观存在已经成为了制约获取高现场还原度实验数据的瓶颈并亟需得到解决。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有实验室条件下开展水合物开采物模实验所出现的问题，为了解决物模实验中因出现壁效应带来的问题，本专利技术提供了如下技术方案。
[0007]本专利技术提供了相变材料在物理模拟过程中作为壁效应消除用试剂的应用。
[0008]根据上述应用，优选地，所述相变材料为液固相变材料，在物理模拟过程对应的温压条件下为固态且不与物理模拟过程中涉及的流体反应、不溶于物理模拟过程中涉及的液相流体。
[0009]根据上述应用，优选地，所述物理模拟为水合物开采物理模拟；更优选地，所述相变材料为不与甲烷反应的、不溶于水的烷烃和/或醇类混合物相变材料；
[0010]其中，所述相变材料的相变温度优选为10℃
‑
30℃；
[0011]其中，所述相变材料的密度优选小于水。
[0012]本专利技术还提供了一种消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，其中，该方法在水合物开采物理模拟过程之前进行，具体包括：
[0013]沉积层装填步骤：在水合物开采物理模拟高压釜内填充一定体积的水饱和沉积层，水合物开采物理模拟高压釜上部留有一定的剩余空间不进行装填；
[0014]高压釜抽真空步骤：完成沉积层装填步骤后进行水合物开采物理模拟高压釜抽真空除去水合物开采物理模拟高压釜内的气体；
[0015]相变材料注入步骤：完成高压釜抽真空步骤后从水合物开采物理模拟高压釜上部注入相变材料至水合物开采物理模拟高压釜内压力升至一定压力后停止注入；打开水合物开采物理模拟高压釜下部排水阀从水合物开采物理模拟高压釜上部继续注入相变材料驱替一定量的沉积层中的孔隙水使得相变材料浸入沉积层一定深度；
[0016]升压步骤：完成相变材料注入步骤后关闭水合物开采物理模拟高压釜上部注入阀，从水合物开采物理模拟高压釜下部注水至水合物开采物理模拟高压釜内压力达到水合物开采物理模拟对应的地层模拟压力后停止注入；
[0017]从下部注水而非从上部注水能够有效避免相变材料被注入的水夹带至沉积层不含相变材料的区域；
[0018]相变材料相变步骤：完成升压步骤后对水合物开采物理模拟高压釜进行降温至相变材料相变温度以下使相变材料发生相变成为固态；其中，水合物开采物理模拟高压釜压力维持在水合物开采物理模拟对应的地层模拟压力。
[0019]相变材料相变步骤结束后，即可进行后续水合物开采物理模拟过程。
[0020]根据上述消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，优选地，水饱和沉积层的组成包括去离子水、3.35％wt的盐溶液、黏土及石英砂颗粒(目数优选为40
‑
300目)。
[0021]根据上述消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，优选地，水合物开采物理模拟高压釜上部留有的不进行装填的剩余空间占水合物开采物理模拟高压釜有效容积的5％
‑
10％，即水合物开采物理模拟高压釜内的水饱和沉积层的体积占水合物开采物理模拟高压釜有效容积的90％
‑
95％。
[0022]根据上述消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，优选地，所述相变材料为液固相变材料，在物理模拟过程对应的温压条件下为固态且不与物理模拟过程中涉及的流体反应、不溶于物理模拟过程中涉及的液相流体；更优选地，所述相变材料为不与甲烷反应、且不溶于水的烷烃和/或醇类混合物相变材料；
[0023]其中，所述相变材料的相变温度优选为10℃
‑
30℃；
[0024]其中，所述相变材料的密度优选小于水；相变材料密度小于水且不溶于水的性质确保了所注入的相变材料在不施加外力的情况下即可完成对水合物开采物理模拟高压釜
上部的填充，相变材料不与甲烷反应的性质也表明了其可应用于大部分水合物开采物模实验。
[0025]根据上述消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，优选地，相变材料注入步骤中，所述从水合物开采物理模拟高压釜上部注入相变材料至水合物开采物理模拟高压釜内压力升至一定压力后停止注入过程中停止注入的压力能够实现注入的相变材料可将水合物开采物理模拟高压釜上部的剩余空间填充满且不会浸入下部沉积层，例如0.01MPa
‑
0.1MPa。
[0026]根据上述消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，优选地，相变材料注入步骤中，相变材料浸入沉积层的深度为水合物开采物理模拟高压釜内腔高度的1％
‑
5％；可以通过驱替出的水的体积及沉积层的孔隙度进行反算来监控相变材料浸入沉积层的深度。
[0027]根据上述消除水合物开采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.相变材料在物理模拟过程中作为壁效应消除用试剂的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其中，相变材料为液固相变材料，在物理模拟过程对应的温压条件下为固态且不与物理模拟过程中涉及的流体反应、不溶于物理模拟过程中涉及的液相流体。3.根据权利要求1所述的应用，其中，物理模拟为水合物开采物理模拟；相变材料为不与甲烷反应的、不溶于水的烷烃和/或醇类混合物相变材料；优选地，相变材料的相变温度为10℃
‑
30℃；优选地，相变材料的密度小于水。4.一种消除水合物开采物理模拟过程中壁效应的方法，其中，该方法在水合物开采物理模拟过程之前进行，具体包括：沉积层装填步骤：在水合物开采物理模拟高压釜内填充一定体积的水饱和沉积层，水合物开采物理模拟高压釜上部留有一定的剩余空间不进行装填；高压釜抽真空步骤：完成沉积层装填步骤后进行水合物开采物理模拟高压釜抽真空除去水合物开采物理模拟高压釜内的气体；相变材料注入步骤：完成高压釜抽真空步骤后从水合物开采物理模拟高压釜上部注入相变材料至水合物开采物理模拟高压釜内压力升至一定压力后停止注入；打开水合物开采物理模拟高压釜下部排水阀从水合物开采物理模拟高压釜上部继续注入相变材料驱替一定量的沉积层中的孔隙水使得相变材料浸入沉积层一定深度；升压步骤：完成相变材料注入步骤后关闭水合物开采物理模拟高压釜上部注入阀，从水合物开采物理模拟高压釜下部注水至水合物开采物理模拟高压釜内压力达到水合物开采物理模拟对应的地层模拟压力后停止注入；相变材料相变步骤：完成升压步骤后对水合物开采物理模拟高压釜进行降温至相变材料相变温度以下使相变材料发生相变成为固态；其中，水合物开采物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长宇，王令颁，卜禹豪，孙贤，许振彬，王晓辉，孙漪霏，陈光进，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：