[发明专利]海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置及方法

权利要求书

1.一种海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，该模拟测定装置包括海水储罐、填砂管、海水入侵模拟管线、气-水-砂分离装置、砂/水接收器和高低温试验箱；

所述海水储罐放置于所述高低温试验箱中，其内预先储备高压海水；

所述填砂管亦放置于所述高低温试验箱中，所述填砂管的管腔通过所述海水入侵模拟管线与所述海水储罐相连，所述填砂管的进口端通过注气管线和注气阀与高压气源相连，所述填砂管的出口端通过开采管线和连接阀与所述气-水-砂分离装置相连；

所述气-水-砂分离装置放置于大气中，呈漏斗形状，其底部出口上设置有第一开关阀；所述气-水-砂分离装置顶部设置有一采气管线，所述采气管线进口端伸入所述气-水-砂分离装置内，所述采气管线上设置有背压阀；

所述砂/水接收器设置于所述气-水-砂分离装置底部的所述第一开关阀下方。

2.如权利要求1所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，所述填砂管上部沿轴向间隔开有多个与所述海水入侵模拟管线相连的海水注入接口，同时在所述填砂管底部沿轴向间隔开有多个与温度传感器相连的传感器接口，所述温度传感器的输出端连接数据采集系统；所述温度传感器个数为3-5个。

3.如权利要求2所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，所述海水入侵模拟管线包括从所述海水储罐底部伸出的排液管线和与所述排液管线并联的多个分支管线，每一所述分支管线与所述填砂管上的一个海水注入接口相连；同时，在每一所述分支管线上均设置有质量流量计和第二开关阀；所述分支管线根数为2-5个，所述分支管线直径范围为0.1-3cm。

4.如权利要求2所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，在所述填砂管的进口端和出口端处各连有一压力传感器，所述压力传感器的输出端亦连接所述数据采集系统。

5.如权利要求1所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，所述填砂管两端通过可拆卸法兰密封，所述法兰上开有管线连接口，通过更换带有不同管线连接口的所述法兰来实现与不同直径所述开采管线的连接；所述开采管线直径范围为0.3-10cm。

6.如权利要求1所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，所述气-水-砂分离装置顶部还设置有一根冲洗管线，所述冲洗管线一端连接冲洗水源，另一端伸入所述气-水-砂分离装置并连接一冲洗喷头。

7.如权利要求1所述的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定装置，其特征在于，所述海水储罐内海水压力通过直接注气压或将其改装成带有活塞的液压罐后通过液压实现，且采用N₂或A_r作为压力介质。

8.一种基于如权利要求1到7任一项所述装置的海洋天然气水合物藏开采过程出砂模拟测定方法，包括以下步骤：

(1)首先设定高低温试验箱的实验温度，关闭气-水-砂分离装置上的所有阀门，往海水储罐中注入海水并增压至海底水合物藏储层压力；

(2)往填砂管中注满固体介质和海水，含水率通过海水注入量而定，并从填砂管的进口端注入天然气，让填砂管内固体介质在高压、低温条件下合成天然气水合物-固体介质混合沉积层；

(3)往气-水-砂分离装置中预先充填一定量的天然气以设定一个水合物开采井井底压力；

(4)打开填砂管和气-水-砂分离装置之间的连接阀进行天然气水合物藏的降压模拟开采；

(5)天然气水合物藏降压开采过程中根据需要随机或全部开启海水模拟入侵管线的分支管线，结合第二开关阀和质量流量计控制海水侵入速率，实验过程保持海水储罐内压力基本恒定；

(6)开采过程分别从气-水-砂分离装置顶部收集天然气水合物藏分解产出的天然气，从气-水-砂分离装置底部的砂/水接收器收集天然气水合物藏分解产出的水和固体介质；

(7)最后定量收集分解产出的固体介质来计算出产砂率。