[发明专利]水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法及装置

摘要

本发明属于海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法及装置。采用模拟充填地层砂子管与模拟充填砾石层子管通过快速接头连接形成填砂模型进行试验，入口端安装分流钢块，出口端通过多孔网板连接在线激光粒度仪和电子天平，填砂模型上相对设置有取样孔和测压孔，分别在相邻两个测压孔之间安装差压计，并将所有硬件设备与数据采集与处理模块相连接。本发明能实时监测砾石充填条件下地层细砂的产出量、产出粒径的变化规律，能够为水合物降压开采诱发的细砂在充填砾石层中运移机理研究提供测试技术与实验数据支持，对设计合理的砾石充填参数、延长试开采持续时间具有重要的参考意义。

主权项

水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)向模拟充填砾石层子管内的一部分空间内填充砾石，充填砾石层的厚度为模拟充填砾石层子管体积的1/2～2/3，用液压压实装置压实；(2)填砂模型的模拟充填砾石层子管的一侧等间距开设有测压孔B1、B2、B3、B4，另一侧正对测压孔处等间距设置有取样孔C1、C2、C3、C4，取样孔C1～C4用堵头堵死；测压孔B1、B2、B3、B4中均插入引压管，每两个相邻测压孔之间通过引压管安装差压计P1、P2、P3，差压计P1、P2、P3的测量结果作为气液两相渗流压降梯度计算的基础数据实时采集；(3)取填砂模型的模拟充填地层砂子管，与模拟充填砾石层子管通过快速接头连接形成填砂模型，将模拟充填砾石层子管的剩余空间及模拟充填地层砂子管的一部分空间中填充地层细砂，用液压压实装置压实；(4)填砂模型的模拟充填地层砂子管的剩余空间填充分流钢块，分流钢块根据实际填砂模型模拟充填地层砂子管的剩余空间，采用长度不同的多孔导流钢块呈环形拼接填充，直到充满整个填砂模型的模拟充填地层砂子管为止；(5)填砂模型的入口端连接恒速泵，填砂模型的出口端通过多孔网板连接在线激光粒度仪和电子天平，并将所有硬件设备与数据处理模块相连接；(6)将填砂模型安装后并抽真空，根据实际地层产业指数，设定恒速泵的泵速，利用恒速泵在小于5ml/min的低流速条件下，向模型中注入蒸馏水使地层沉积物和砾石层饱和，开始模拟实验；(7)恒速泵开启过程中实时记录差压计P1～P3的压降值、在线激光粒度仪对穿透砾石层的地层细砂的粒径实时测量；电子天平连续测量并记录产出砂、液混合物的质量，在恒定流速条件下稳定驱替一段时间，通过数据采集与处理模块实时采集到电脑数据库；(8)测量恒速泵标准曲线：即拆卸填砂模型后，将电子天平直接连接到泵出口端，利用与步骤(7)相同的标称泵速泵送蒸馏水，实时记录产出蒸馏水重量随时间的变化曲线；(9)对比步骤(7)与步骤(8)测量得到的重量曲线，根据两条曲线差值计算当前出砂速率、累积出砂量；(10)利用步骤(7)得到的粒度分布数据随时间的变化规律，分析恒定流速条件下沉积物微粒通过砾石层产出的粒径随时间的变化曲线；(11)利用步骤(7)获取的压降随时间变化曲线，判断细砂在砾石层中的堵塞位置和堵塞严重程度；(12)停止恒速泵，分别从填砂模型的模拟充填砾石层子管各取样孔C1～C4取样，用非在线激光粒度仪对实验结束后从取样孔取得的模拟地层细砂‑砾石层混合砂样进行粒度测量；对各截面的砂‑砾混合物粒径做横向对比分析，并与原始充填砾石层的粒径分布规律做纵向对比，从而判断不同截面处地层微粒的侵入比例和滞留在该截面的地层微粒粒径分布，判断地层细粒在砾石层中的运移堆积规律；(13)采用单一变量控制的办法更换充填砾石层的充填层厚度或者充填砂粒径、充填强度，重复步骤(3)～(12)，纵向对比充填砾石层目数、厚度、强度水合物降压分解储层的适应性；(14)利用数据采集与处理模块，通过数据处理获取细砂在砾石层中的堆积位置、堆积量、堆积粒径；不同剖面砾石层‑细砂混合物渗透率变化；地层细砂透过砾石层的粒径、量的变化数据，最终获取水合物地层的最佳充填砾石的充填厚度、充填强度、充填粒径相关参数。