[发明专利]天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置及方法

说明书

本发明公开一种天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置及方法，该装置包括实验装置本体、支撑座、供液系统、供气系统和流体导出采集系统，实验装置本体纵向安装在支撑座上，并能够在支撑座上纵向转动；实验装置本体包括反应釜、恒温夹套、防砂筛管模块、压力传感器、温度传感器和电阻率传感器等，在反应釜的周壁上设置有釜体接口，在恒温夹套的周壁上对应釜体接口的位置处设置有外接口。本发明能够通过实验模拟不同地层条件和开采条件下的防砂筛管堵塞情况以及出砂过程中地层因素对筛管堵塞的影响，可通过分析粒度分布特征和筛管挡砂介质单元压力、流量以及渗透率变化来分析水合物开采过程中出砂造成的筛管堵塞特性变化。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，具体地说是涉及疏松砂岩地层水合物开采过程中出砂对防砂筛管堵塞特性评价研究的实验装置及实验方法。

背景技术

天然气水合物具有分布广泛、储量巨大、能量密度高和绿色清洁等特点，是潜力巨大的后续能源，也是重要的战略能源之一。在水合物开采过程中，水合物分解后地层力学性质改变，储层砂粒被地层流体携带进入井筒或到达地面，造成井壁失稳、堵塞筛管、开采减产和地层坍塌等一系列的问题。疏松砂岩地层胶结性差，在水合物开采过程中出砂严重，极易造成挡砂介质堵塞。

如果流体携带的地层砂进入挡砂介质，侵入挡砂层内部的地层砂无法排出会造成挡砂层渗透率降低，造成挡砂介质堵塞或防砂筛管失效，进而严重影响开采井产能。近井地带挡砂介质堵塞会使渗透率降低，不利于流体顺利通过挡砂层，进而影响产能；若近井地带的砾石充填层充填不均匀或不密实，流体通过挡砂层时也会导致挡砂层防砂颗粒的蠕动运移或翻转，逐渐形成流动优势通道，导致防砂失效，生产井大量出砂；产出砂在井筒中沉积会造成井筒沉砂堵塞，妨碍流体通过流动通道，降低生产效率；出砂造成的电潜泵堵塞则会使泵效降低，在开采过程中不得不进行频繁的启停操作，严重影响开采作业；井筒堵塞与含砂混合液造成井底压降不足影响水合物的进一步分解，严重制约水合物的开采。

为了准确了解水合物储层出砂的特性，减轻地层出砂对天然气水合物开采的影响，指导水合物开采的顺利进行，相关人员对天然气水合物开采出砂的问题进行了大量的研究，发明了能够对天然气水合物开采中出砂过程进行模拟的实验装置，研究了天然气水合物开采出砂问题的影响因素，提出了天然气水合物开采过程中防砂的相关技术方案。

当前的水合物实验研究主要集中于水合物的开采装置设计及防砂方法的概念设计，对于开采过程中的出砂行为及出砂造成的防砂筛管堵塞问题研究较少。现有的大部分筛管堵塞实验装置主要是常温常压下设计的，不能满足水合物温压条件；水合物生成过程中水合物的生成区域不能控制，导致筛管模拟部分存在未分解的水合物，不符合实际情况，进而影响测试结果；没有对堵塞程度的定量分析，缺少对出砂过程前后筛管堵塞情况的对比研究；没有关注出砂前后近井地带地层颗粒的运移规律，缺少相应的挡砂介质渗透率变化的机理分析。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置及方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置，包括实验装置本体、支撑座、供液系统、供气系统和流体导出采集系统；

实验装置本体包括反应釜，反应釜的内部为反应腔，在反应腔内充填砾石，在反应釜的外部设置有恒温夹套，恒温夹套与内部反应釜之间形成换热腔室，在换热腔室内充注换热气体或液体；在反应釜的顶底两端设置有釜体接头，在釜体接头上安装压力传感器，在位于反应釜顶端的釜体接头处设置有防砂筛管模块；在反应釜的周壁上设置有若干个釜体接口，在恒温夹套的周壁上对应釜体接口的位置处设置有若干个外接口，外接口与釜体接口对应连接，在外接口上安装有电阻率传感器和温度传感器；在恒温夹套的顶底两端设置有端盖，端盖通过螺栓与恒温夹套固定连接，其中恒温夹套的底端端盖设置有流体入口，流体入口与内部反应釜之间通过连接管相连通，恒温夹套的顶端端盖设置有与内部反应釜连通的流体出口；