[实用新型]砾石充填层堵塞评价微观探测模拟装置

说明书

本实用新型提出一种砾石充填层堵塞评价微观探测模拟装置，包括：主体反应系统、温度控制系统、供气系统、供液系统、注入系统、分离收集系统、数据处理系统及CT扫描系统，所述主体反应系统包括反应釜，反应釜内壁为毛糙面，反应釜外壁设有真空保温层，内部填装模拟地层泥砂层和充填砾石层，充填砾石层为核桃壳、玻璃珠或陶粒。本实用新型运用CT扫描可得到携砂流体带入的细砂颗粒迁移、堆积规律砂桥的形成以及砾石充填层孔隙度变化情况，不仅能实现识别水合物二次生成、泥砂沉淀堆积以及两者协同效应对砾石层工况影响的定量观测，还能对整体堵塞程度进行评价，从而为砾石充填层参数和降压方案联动设计提供基础思路。

技术领域

本实用新型涉及天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种天然气水合物开采过程中地层砂颗粒的运移堆积和水合物生成条件下的砾石充填层堵塞规律及堵塞程度评价的模拟实验装置。

背景技术

天然气水合物被认为是具有良好前景的重要后续能源，具有分布广，资源量大、能量密度大和无污染等优点。美国、加拿大以及我国周边的俄罗斯、日本、印度、韩国等国家相继制定了“国家勘探开采计划”，并展开了深入的研究。2016年，我国明确提出要在“十三五”期间实现南海天然气水合物的商业化试采，并于2017年5月试采成功，水合物资源的开发成为我国能源战略的发展方向。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。2007年在加拿大马更歇进行的水合物试采和2013年日本在南海海槽进行的水合物试采表明储层出砂是困扰天然气水合物长效开采的关键问题。

如果天然气水合物开采过程中地层产出砂被携砂流体携带进入挡砂介质，地层产出的细砂颗粒在砾石充填层内部孔隙中运移、堆积，使砾石充填层的渗透率降低，造成砾石充填层堵塞，严重影响开采井的产能。尤其是在砾石充填层尺寸设计不合理的情况下，泥质粉砂储层产出的固相颗粒很容易进入砾石充填层但是却无法保证其顺利排出，这种情况下会导致严重的泥质堵塞，引起砾石充填层渗透率进一步降低。专利号CN201711040805.9公开了一种用于评价水合物开采条件下防砂筛管堵塞规律的评价装置，但该装置实际上无法模拟天然气水合物生产井工况，只能以模拟常规油气井中堵塞的方式看，从定性角度对水合物生产井中可能造成的筛管堵塞进行模拟。

更进一步的，天然气水合物开采过程中充填砾石层面临的另外一个重要的砾石充填层堵塞风险是砾石充填层中水合物的二次生成堵塞。理论上讲，降压开采条件下从地层中产出的泥砂颗粒表面都含有水合物分解生成的孔隙水，而这部分孔隙水具备天然气水合物生成的记忆效应，记忆效应导致水合物更容易在其表面二次生成。因此一旦井底温压条件达到水合物二次生成条件且泥砂在砾石层中发生沉淀堆积，则一定会加剧天然气水合物的二次生成堵塞风险。这种堵塞风险与泥砂本身的沉淀堆积堵塞风险叠加，使井底砾石充填层面临的工况更加复杂。但目前尚无专门针对该协同效应的相关研究装备与无法定量识别水合物二次生成、泥砂沉淀堆积以及两者协同效应对砾石层工况影响的大小的方法。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种能够与CT扫描技术联合使用的、用于实现识别水合物二次生成、泥砂沉淀堆积以及两者协同效应对砾石层工况影响的定量观测的模拟实验装置。

本实用新型是采用以下的技术方案实现的：

一种砾石充填层堵塞评价微观探测模拟装置，包括：主体反应系统、温度控制系统、供气系统、供液系统、注入系统、分离收集系统和数据处理系统，所述供气系统和供液系统通过注入系统给主体反应系统供气和供液形成混合流体，温度控制系统用以控制装置内流体温度，分离收集系统用以对主体反应系统流出的流体进行气液分离并收集，数据处理系统用以采集整个装置内的压力及流量数据并分析处理；