[发明专利]一种天然气水合物开采出砂特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种含天然气水合物沉积物原位合成及其开采中出砂特性测试的装置，尤其是一种在高压低温下原位模拟开采出砂特性的装置。

背景技术

天然气水合物是一种由气体(或易挥发的液体)与水在一定温度压力条件下形成的冰状固体，俗称可燃冰，广泛分布于冻土带地表以下200-2100米和大陆边缘海底之下0-1100米的沉积物中，具有巨大的天然气储藏能力，甲烷水合物含有164倍标准状态下的天然气。全世界天然气水合物储量非常巨大，估计水合物中天然气资源量为2×10¹⁶立方米，相当于2×10⁵亿吨油当量，是全球常规燃料总碳量的2倍。天然气水合物被发达国家列为后石油时代的重要替代能源，我国也将其列入中长期发展规划，并于十三五期间进行试开采。

但是，天然气水合物储层开采使天然气水合物大量分解，将导致含水合物地层的力学性质发生变化，可能导致井壁失稳、出砂、地层坍塌、海底滑坡甚至海啸等工程和地质灾害。出砂作为油气开采过程中由于储层砂粒随流体从储层中运移出来的现象，在天然气水合物开采过程中亦无法避免。从常规油气开采出砂来看，出砂机理是井底附近的油气藏原始压力平衡被打破，使得油气藏沉积物发生屈服，导致其原始结构被破坏而引起的。在常规海洋油气开采中，出砂的危害性主要有以下几个方面：1.采油采气设备冲蚀。2.地层和井壁失稳。3.砂堵淤积损坏设备。4.海洋油气田中，废弃地层砂的处理会对环境造成污染。

因此，在进行天然气水合物开采前，只有准确了解开采井筒出砂性质，才能指导未来天然气水合物开采的顺利进行，降低天然气水合物开采而导致出砂事故的可能性。然而目前现有的出砂装置主要是在常温常压下设计的，无法满足天然气水合物在低温高压的条件下进行原位测量。综上所述，研发天然气水合物开采出砂特性测试装置，深入研究天然气水合物及储层的出砂特性，探索不同影响因素对水合物开采中出砂特性的响应机制，分析水合物开采过程中的出砂风险，建立评价模型，对天然气水合物的开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含天然气水合物沉积物原位合成及其开采中出砂特性测试的装置，尤其是一种在高压低温下原位模拟开采出砂特性的装置，扩展了目前所存在装置的使用范围，提高测量精度。

为实现以上目的，本发明提出了以下的技术方案：

一种天然气水合物开采出砂特性测试装置，其特征在于，其包括：

模拟出砂系统，所述模拟出砂系统包括反应釜主体、反应釜法兰盖以及上覆压力加载器，所述反应釜法兰盖固定安装于反应釜主体上端面；所述反应釜主体包括开采井筒、防砂机构以及样品储层室，所述开采井筒为侧壁设有开孔的中空圆柱结构，所述样品储层室位于开采井筒的外侧，防砂机构位于样品储层室和开采井筒之间，所述上覆压力加载器的下端与样品储层室相连通，

压力系统，所述压力包括上覆压力加载系统、天然气注气增压系统、底部注液系统以及可视化气液固分离器；其中，所述上覆压力加载器的上端穿过反应釜法兰盖后与一上覆压力加载系统连通；所述天然气注气增压系统以及底部注液系统均与样品储层室相连通，所述可视化气液固分离器与开采井筒的底部相连通；所述可视化气液固分离器上设置有出气口和出液口；

测量系统，所述测量系统包括数据采集系统、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及温度传感器；所述第一压力传感器安装于天然气注气增压系统与样品储层室之间的管路上，所述温度传感器和第二压力传感器均安装于反应釜法兰盖上，所述第三压力传感器安装于可视化气液固分离器与开采井筒之间的管路上，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、温度传感器以及上覆压力加载器自带的第四压力传感器均与数据采集系统相连。

反应釜主体为特制压力容器，可以承受高压低温不泄漏、不变形，能促使多孔介质、天然气和水在规定的高压和低温范围下，在压力室内部合成含水合物多孔介质试样，使之达到试验所需要求。

本发明所述的多孔介质可以为各种类沉积物，例如海底沉积物、湖泊沉积物、冻土等。但是，由于测试过程中要求样品保真进行模拟开采，然而水合物样品需要在高压低温状态下才能进行有效测量，因此在现场开采中不仅试验取样成本较高且具有较大安全风险，同时大多时候难以获得保真样品来测试。因此，本发明选取目标区沉积物后，通过上覆压力加载器使沉积物围绕开采井筒制样。沉积物制样是测试过程中的重要环节，直接影响测试结果，因此过程必须严格按操作规程进行。