[发明专利]降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置和方法

说明书

本发明涉及降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置，包括井筒、导管、制备釜、气体喷嘴、可视窗、注惰性气体系统、注水系统、注气系统和三相分离与收集系统，井筒顶端固定导管，底部固定于制备釜上，导管顶端连接注惰性气体系统，底部连接气体喷嘴；制备釜由电动挡板隔开，形成两个填砂模型和中间的空腔，填砂模型内置制冷板，空腔与井筒、导管之间的环形空间连通，空腔内设置可视窗；填砂模型顶部有排空阀，两侧分别连接注水系统和注气系统。利用该装置进行降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的方法，原理可靠，操作简便，为研究降压开采过程临界注气量随压降值以及地层产水量的变化规律，提供基础数据和理论指导。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采领域，具体涉及降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置和方法。

背景技术

天然气水合物是由天然气和水在低温、高压条件下形成的冰状笼型化合物，对于天然气水合物的开采通常使用降压法。降压法是通过降低水合物储层压力，使其低于水合物在该区域温度条件下的相平衡压力，从而使水合物从固态分解相变产生甲烷气体的过程。由于水合物沉积物主要为弱固结以及未固结的砂质、粉砂质沉积物，泥质含量较高，在开采过程中水合物相变分解导致储层力学性质和孔隙度都会发生变化，储层更易产砂。储层出砂会使得井筒内沉砂量增加，造成井下装置损坏，使生产周期大大增加甚至停产。因此，在开采过程中，通过向井筒内下入导管，并给导管内通入惰性气体吹扫井底由于水合物分解而产出的气-水-砂，使井底保持清洁，从而达到安全高效产气的目的。但井筒高含砂条件下注气连续排采机制还不明确，目前亟需能够研究降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置和方法，以对降压开采水合物惰性气体吹扫井底防控固相沉积过程中临界注气量与压降值的响应关系进行研究，为天然气水合物藏降压高效、安全开采提供理论依据和技术指导，从而为现场的开采工程提供重要保障。

发明内容

本发明的目的在于提供降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置，该装置原理可靠，操作简单，用于模拟降压开采天然气水合物在相同压降条件下注气量对井筒排液携砂的影响，找寻临界注气量，模拟效果好，数据真实有效。

本发明的另一目的在于提供利用上述装置进行降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的方法，为研究降压开采天然气水合物临界注气量随压降值以及地层产水量的变化规律，提供基础数据和理论指导。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

降压开采水合物惰性气体吹扫防控固相沉积的装置，由储水罐、水泵、液体流量计、阀闸、甲烷气瓶、气体增压泵、气体流量计、气液注入口、制冷柜、制冷板、温度传感器、制备釜、排空阀、压力传感器、筛网、电动挡板、电动机、井筒、气体喷嘴、环形空间、导管、N₂气瓶、混合物出口、抽真空泵、三相分离器、电加热干燥器、砂砾收集器、混合气体收集瓶和可视窗组成。

所述井筒顶端通过螺栓固定有导管，底端用螺栓固定于制备釜之上，侧端的混合物出口连接三相分离与收集系统；所述导管顶端连接注惰性气体系统，包括压力传感器Ⅱ、气体增压泵Ⅱ、阀闸和N₂气瓶，底部连接气体喷嘴，导管与井筒间形成环形空间；所述制备釜内有填砂模型，填砂模型内置制冷板和压力传感器Ⅰ，制冷板连接温度传感器和制冷柜，制备釜内由两个电动挡板隔开形成两个填砂模型和一个空腔，电动挡板与电动机相连接，电动挡板和填砂模型之间还安装有筛网，填砂模型的两端连接着注水系统和注气系统，顶部安装有排空阀；所述的三相分离与收集系统包括阀闸、压力传感器Ⅲ、抽真空泵和三相分离器，三相分离器底端连接电加热干燥器和砂砾收集器，侧端连接有液体流量计Ⅱ和储水罐，顶端连接有气体流量计Ⅲ、阀闸和混合气体收集瓶；所述注水系统由阀闸、液体流量计Ⅰ、水泵和储水罐依次连接组成；注气系统由阀闸、气体流量计Ⅰ、气体增压泵Ⅰ和甲烷气瓶依次连接组成。

所述井筒内径150mm，长度4m，为碳钢材料。

所述导管外径90mm，长度3.8m，为碳钢材料。