[发明专利]海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统及方法

权利要求书

1.海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于，包括试验井子系统、水气注入子系统、分离子系统以及井筒监测子系统；

所述试验井子系统包括模拟井筒以及安装在模拟井筒内的模拟套管、模拟油管、气液混合器、防塌孔板、导流器、气体注入管路和水注入管路；所述模拟井筒为全尺寸天然气水合物开采模拟井，模拟井筒的井口设置有井口防喷器；模拟油管设置在模拟套管内，采用实际现场尺寸规格的普通油管，模拟油管的管鞋处安装有油套环空封隔器，座封实现模拟套管与模拟油管环空的封隔；气液混合器为环形结构，设置在模拟井筒的底部，其上端安装有测试电磁阀，下端与导流器连通；模拟套管与气液混合器连接，且其外径与气液混合器的环形内径相等；防塌孔板为圆形金属多孔板，其外径与模拟套管内径相同，安装在模拟套管内壁管鞋处；防塌孔板、导流器及气液混合器环空所形成的空间为模拟地层砂的填装空间；模拟套管的管鞋处还安装有油管穿越封隔器，以密封模拟套管与模拟井筒井壁之间的环空，且沿模拟套管的圆周方向均匀设置有多个通孔，所述通孔位于防塌孔板上方且位于油管穿越封隔器的下方；气体注入管路和水注入管路穿过所述油管穿越封隔器与气液混合器连接，且在气体注入管路和水注入管路与气液混合器连接处分别安装有单向阀；

所述水气注入子系统分别与分离子系统和井口防喷器连接，水气注入子系统包括设置在地面上的高压气瓶组和水箱，分离子系统包括设置在地面上的气液固分离器，水箱通过一注入泵与水注入管路相连，且水箱与气液固分离器的液路出口相连接，用于向模拟井筒内注水并回收返出的循环水；高压气瓶组与气体注入管路及气液固分离器的气路出口相连接，用于向模拟井筒内注气并回收返出的气体，实现气、液循环，在高压气瓶组与气体注入管路之间安装有阀门F1，注入泵与水注入管路之间安装有阀门F2，气液固分离器与模拟油管、高压气瓶组和水箱之间分别安装有阀门F3、阀门F4和阀门F5；

所述井筒监测子系统包括电阻成像仪、电容成像仪以及相对设置在模拟油管内壁上的温度传感器和压力传感器；电阻成像仪为内径与模拟油管内径一致的环状结构，电阻成像仪两端分别为与模拟油管配合的公扣和母扣，作为模拟油管的连接件连接在模拟油管上；电容成像仪为内径与模拟油管内径一致的环状结构，电容成像仪两端分别为能够与模拟油管配合的公扣和母扣，作为模拟油管的连接件连接在模拟油管上；电阻成像仪和电容成像仪通过连接接箍串接在模拟油管上，且温度传感器和压力传感器分别安装在连接接箍内壁等高部位处；

所述电阻成像仪由16个电极环形排列构成，四点法层析成像测量，所述电容成像仪由16个电极环形排列构成，电极外壳一点接地，从任意一点注入电流，测量该电极点与其他电极点之间的电容，所述导流器为由上、下两层多孔网板组合形成的圆形结构，且下层多孔网板的孔径大于上层多孔网板的孔径，导流器的外缘与气液混合器连接。

2.根据权利要求1所述的生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于：所述气液混合器的环形结构内部设置有分流挡板和涡轮搅拌器，分流挡板使注入的气、液旋喷到气液混合器内，涡轮搅拌器在水注入管路注入水的冲击作用下发生高速旋转，使气体与液体充分搅拌混合。

3.根据权利要求2所述的生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于：所述高压气瓶组还包含空气浴控温装置，以根据实际天然气水合物开采井的井底温度控制注入气体的温度。

4.根据权利要求3所述的生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于：所述水箱包括水浴控温装置，以根据实际天然气水合物开采井的井底温度控制注入液体的温度。

5.根据权利要求4所述的生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于：所述水注入管路和气体注入管路外还包裹有隔温层。

6.根据权利要求5所述的生产井井筒携砂规律仿真系统，其特征在于：所述井筒监测子系统包括两组，分别安装在模拟油管的上部和模拟油管的下部。

7.基于权利要求1-6任一所述海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、结合实际水合物生产井气液比条件和井筒油管尺寸，安装仿真井内装置；

（1）通过产能模拟，结合实际地层粘土含量，分析天然气水合物生产井中可能的气液比范围，根据地层温度和产出流体模拟情况，确定所需仿真的天然气水合物开采井中的井底温度；

（2）循环控制高压气瓶组、水箱的温度，使气、液在地面的温度与实际天然气水合物开采井的井底温度一致，然后安装井内装置，向井底注入水，循环给井底结构控温；

B、固定气液比注入，循环采集，直至形成稳定的井筒流型：

打开井底测试电磁阀，根据确定的气液比条件向井内注入气、液两相，避开模拟地层砂，循环一段时间，通过电容成像仪和电阻成像仪判断模拟油管中的连续相和非连续相及其排布关系，直到模拟油管中的流型稳定存在；

C、调整井底流程，携砂生产：

（1）保持地面气、液注入不变，关闭井底测试电磁阀，使气液混合物流过模拟地层砂，携带模拟地层砂流入模拟油管，且在该步骤进行过程中，实时记录不同井深位置处的温度、压力、电容成像结果和电阻成像结果；

（2）携砂生产过程中，将电容成像结果、电阻成像结果与步骤B中稳定流型条件下的电容成像结果、电阻成像结果进行比较，分析模拟油管中泥砂在气液两相中的分布、携带规律，定量识别不同温压条件下泥砂携带量对模拟油管流型的影响及泥砂携带运移规律；

D、获得不同流型条件下的井筒携砂动态，结束仿真过程。