[发明专利]水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种基于一维渗流装置的海洋天然气水合物储层产出细砂在颗粒充填砾石层中的运移规律的室内试验方法及装置。

背景技术

天然气水合物资源开采研究已成为国际热点问题。目前全球水合物资源开发仍处于部分区域的试开采阶段，距离工业化开采还有很长的路要走。国际上已开展的天然气水合物试采项目，主要包括加拿大麦肯齐三角洲Mallik 5L-38项目(2002)、Mallik 2L-38项目(2007、2008)、美国阿拉斯加项目(2011～2012)、日本南海海槽(Nankai Through)AT1-MC项目(2012～2013)等。其中，加拿大2007～2008项目和日本南开海槽天然气水合物资源试开采经历均表明，即使降压法开采能达到短期的开采目标，但如果无法克服出砂现象带来的困难，就很难实现天然气水合物资源的长效开采。因此，要实现水合物资源的高效开采，必须攻克出砂问题带来的困扰。

特别地，日本2013年在NanKai Trough进行的全球首次海洋天然气水合物资源试采作业证明，裸眼砾石充填防砂工艺虽然能在短期内达到较好的效果，但管外充填砾石层容易受压降幅度和压降速率等工程参数的影响。导致本次试采突发性大量出砂的原因主要有：①瞬间增大压降幅度和压降速率；②水合物分解，地层微粒产出，导致充填层外围形成亏空，砾石层发生蠕动，地层与筛管环空出现缺口。以上特点决定了海洋天然气水合物降压开采过程中地层产出细砂在挡砂介质，尤其是在充填砾石层中的迁移规律与常规油气井产出砂在砾石层中的迁移规律不同。目前已有部分学者提出了针对常规油气井砾石充填层防砂效果的评价方法，但由于海洋天然气水合物降压开采过程中的地层渗流条件为气液两相渗流，管外亏空会随着水合物的分解不断增大进而导致充填砾石层蠕动翻转，这将导致天然气水合物资源降压开采过程中，地层产出细砂或泥质颗粒在砾石层中的运移规律不同于常规油气井砾石层内的细砂运移规律。尤其是对于我国南海北部粉砂质水合物储层而言，泥质含量高、粒度细、不均匀系数大、分选性差，水合物分布模式为胶结充填型，水合物完全分解后地层处于松散状态，因此降压开采过程中地层细砂的产出过程可以近似视为松散堆积颗粒物在流体携带拖曳作用导致的。若降压开采过程中如果采用砾石充填层作为挡砂介质，就必须对地层产出细砂在充填层中的运移规律进行室内评价分析，从而为后续防砂工艺参数的设计提供基础依据。

公开号CN106353069A公开了一种水合物分解区松散沉积物中砂粒运移过程的微观监测方法及装置，其主要解决气水两相渗流条件下水合物分解区内均质地层的砂粒迁移过程和筛管挡砂条件下的近井地层砂粒堆积规律，为水合物分解后储层出砂机理研究提供了支撑。但是该发明不涉及砾石充填防砂条件下当地层细砂从地层产出到井底之后的流动情况模拟，也未考虑井底防砂介质特别是充填砾石层中地层细砂的运移规律，因此无法对防砂条件特别是砾石充填防砂条件下实际井底出砂规律进行有效的分析。为此，建立一套实验测试方法，通过模拟实验研究水合物降压开采过程中实际储层气液混合渗流条件下地层产出细砂在充填砾石层中的运移规律，对于评价优选最佳颗粒充填型防砂工艺参数具有十分重要的意义，其实验结果可为后续防砂设计及生产制度的确定提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种降压开采过程层中海洋天然气水合物储层产出细砂在充填砾石层中的运移规律的室内试验方法，该方法假设水合物储层松散沉积物中微粒产出过程主要受流体的携带作用产出。因此本方法基于细粒松散沉积物颗粒在一定气水比气液两相一维渗流条件下被流体携带，并在大粒径堆积砾石层内孔隙中的运移、堆积过程提出。由于气相粘度较小，对固相颗粒的拖曳能力较差，再加上砾石充填层本身孔隙尺寸较大，气体对固相微粒的拖曳作用进一步弱化。因此在实际储层中可以忽略气体对产出细砂的影响，仅考虑水对地层砂的拖曳作用。因此，本发明需要配合专用出砂模拟设备，在一维水流驱替条件下实现。

本发明采取的技术方案为：

水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法，具体包括如下步骤：

(1)向模拟充填砾石层子管内的一部分空间内填充砾石，填充砾石层的厚度为模拟充填砾石层子管体积的1/2～2/3，用液压压实装置压实；