[发明专利]一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置，涉及天然气水合物开发领域，具体是用于模拟天然气水合物压裂作业的一种室内实验装置。

背景技术

天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m³天然气水合物可含164m³甲烷气和0.8m³的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。

我国的可燃冰储量十分丰富，根据调查研究，我国的天然气水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。

目前天然气水合物开采技术仍处于摸索阶段，世界各国对天然气水合物的开发尚未制定出一套成型的标准，室内实验研究的方法仍是可燃冰开采技术研究的主体，常用的检测天然气水合物的方法有光学方法、声学方法和电学方法等。例如，天然气水合物在纯水中的生成和分解可以根据光通率的变化进行判断，在一定压力下降低温度，水合物大量生成时光通率突然降低，随后慢慢升温，水合物分解时光通率又突然上升。但是为了模拟海洋天然气水合物，需采用水、砂、天然气等混合物，因其不透明，光通率检测方法的效果不明显。其他监测方法，如超声监测方法、时域反射(TDR)技术和成像(CT)技术等，也可以直观、准确、定量观察和计算天然气水合物的生成和分解。

CN103206210B公布一种热流体压裂开采天然气水合物藏的实验装置，通过水合物岩芯三轴压裂系统、压裂注水系统、天然气开采系统和声发射监测系统实施天然气水合物模拟实验。但其压裂液注入管线入口连接于三轴仪上部的压力板，难以模拟实际生产中井筒压裂的方法，对实验结果精度会有一定的影响，且观察压裂效果时采用声发射监测系统，对实验结果的精度也会有一定的影响。有鉴于此，本发明人提出一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置，以满足目前三维模拟实验装置的要求，可模拟天然气水合物藏及水平井布井方式，本发明实验装置采用三维可视化方式对开采天然气水合物实施模拟压裂，并通过X射线成像对压裂裂缝参数实施采集，本发明对天然气水合物压裂机理研究有一定的指导作用。

发明内容

本发明公开了一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置，装置包括供气系统、供液系统、模拟系统、生产系统、压裂系统以及监控系统，本发明采用填砂箱作为模拟系统的主体，用以模拟天然气水合物藏及水平井布井方式，通过供气系统、供液系统向模拟系统中供给天然气和水形成天然气水合物，通过生产系统对模拟储藏实施降压开采，通过压裂系统对模拟天然气水合物储藏实施压裂作业，通过监控系统对实验过程实施全程监控，本发明实验装置采用三维可视化方式对开采天然气水合物实施模拟压裂，并通过X射线成像对压裂裂缝参数实施采集，本发明对天然气水合物压裂机理研究有一定的指导作用。

其中所述供气系统与模拟系统相连接，所述供液系统与模拟系统相连接，所述生产系统与模拟系统相连接，所述压裂系统与模拟系统相连接，所述监控系统分别与所述供气系统、供液系统、模拟系统、生产系统、压裂系统相连接。

所述供气系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供天然气；所述供液系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供水；所述生产系统用于模拟降压法开采，采出所述模拟系统中产生的天然气和水，并分析所述天然气产量、水产量；所述压裂系统用于对模拟系统实施压裂作业；所述模拟系统用于模拟天然气水合物藏压力、温度、饱和度、渗透率及常规地层参数，并模拟天然气水合物藏中水平井布井方式，并通过X射线成像对压裂裂缝参数实施采集；所述监控系统用于实时收集所述供气系统、供液系统、模拟系统、生产系统、压裂系统工作参数，记录工作参数所产生的数据，并通过监控系统控制实验操作。

优选的，本发明的供气系统包括天然气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；天然气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于天然气瓶和增压装置之间，起到调节天然气供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述模拟系统相连接。