[发明专利]天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置及方法

摘要

本发明公开一种天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置及方法，该装置包括实验装置本体、支撑座、供液系统、供气系统和流体导出采集系统，实验装置本体纵向安装在支撑座上，并能够在支撑座上纵向转动；实验装置本体包括反应釜、恒温夹套、防砂筛管模块、压力传感器、温度传感器和电阻率传感器等，在反应釜的周壁上设置有釜体接口，在恒温夹套的周壁上对应釜体接口的位置处设置有外接口。本发明能够通过实验模拟不同地层条件和开采条件下的防砂筛管堵塞情况以及出砂过程中地层因素对筛管堵塞的影响，可通过分析粒度分布特征和筛管挡砂介质单元压力、流量以及渗透率变化来分析水合物开采过程中出砂造成的筛管堵塞特性变化。

主权项

1.一种天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验方法，采用天然气水合物开采过程中防砂筛管堵塞特性的评价实验装置，该评价实验装置包括实验装置本体、支撑座、供液系统、供气系统和流体导出采集系统；实验装置本体包括反应釜，反应釜的内部为反应腔，在反应腔内充填砾石，在反应釜的外部设置有恒温夹套，恒温夹套与内部反应釜之间形成换热腔室，在换热腔室内充注换热气体或液体；在反应釜的顶底两端设置有釜体接头，在釜体接头上安装压力传感器，在位于反应釜顶端的釜体接头处设置有防砂筛管模块；在反应釜的周壁上设置有若干个釜体接口，在恒温夹套的周壁上对应釜体接口的位置处设置有若干个外接口，外接口与釜体接口对应连接，在外接口上安装有电阻率传感器和温度传感器；在恒温夹套的顶底两端设置有端盖，端盖通过螺栓与恒温夹套固定连接，其中恒温夹套的底端端盖设置有流体入口，流体入口与内部反应釜之间通过连接管相连通，恒温夹套的顶端端盖设置有与内部反应釜连通的流体出口；实验装置本体纵向安装在支撑座上，并能够在支撑座上纵向转动；所述支撑座包括横向布置且呈对峙分布的两个支撑轴，该两个支撑轴对称安装在实验装置本体的中部两侧，支撑轴通过立管与底板相连接；所述供液系统包括水箱，水箱通过供液管道与流体入口主管道连接，流体入口主管道连接流体入口，在供液管道上设置有输送泵和第一控制阀门；所述供气系统包括气瓶，气瓶通过供气管道与流体入口主管道连接，在供气管道上设置有增压泵、压力计、气体过滤器、第一气体流量计和安全阀；所述流体导出采集系统包括可视化气液固分流器、集液装置和集气装置，流体出口通过流体排出管道与可视化气液固分流器连接，在流体排出管道上设置有第二控制阀门和背压阀，可视化气液固分流器通过液体输送管道与集液装置连接，可视化气液固分流器通过气体输送管道与集气装置连接，在气体输送管道上设置有第二气体流量计；所述压力传感器、温度传感器、电阻率传感器、第一气体流量计和第二气体流量计均与数据采集器相连接，数据采集器与计算机连接；所述釜体接口和外接口均设置8个，且对称分布在反应釜或恒温夹套的两侧；所述流体入口主管道还与抽真空管道连接，在抽真空管道上设置有真空泵；所述外接口中还安装有测压装置，测压装置与数据采集器连接；该评价实验方法包括以下步骤：(a)清洗：用蒸馏水将反应釜、釜体接口、外接口、压力传感器、电阻率传感器、温度传感器、流体出口、流体入口和防砂筛管模块清洗干净，并进行干燥处理；(b)气密性监测：关闭并密封实验装置本体，温度常温，通过流体入口通入氮气，并用洗洁精或发泡剂沿缝检测气密性；(c)样品装填：打开恒温夹套的顶端端盖，取下防砂筛管模块和釜体接头，将砂样填入反应腔中压实，安装釜体接头和防砂筛管模块，盖上端盖，并固定密封好；(d)注水：用真空泵对反应釜进行抽真空，开启水箱和输送泵，打开第一控制阀门，通过流体入口向反应腔内注入蒸馏水或去离子水，并控制注水到固定水位；(e)水合物合成：打开气瓶，开启增压泵和安全阀，充分向反应腔内注入天然气，直到气压稳定在某一压力，稳定一段时间后，降温到水合物生成所需温度，记录所需的数据；(f)开采出砂：将实验装置本体转动90度，使其中心轴与水平线平行，打开第二控制阀门，调节背压阀，控制流体出口为某一压力值并保持不变，进行降压开采；每隔一段时间记录相关数据，待到可视化气液固分离器出现一定量的固体后或达到某一出砂量或开采结束；其中出气量、出水量和出砂量通过可视化气液固分离器获取，出砂量干燥后通过称量得出，出气量通过气体流量计测量；(g)取样分析：将温度传感器和/或电阻率传感器取下，用工具通过外接口、釜体接口进入反应腔内取出地层砂，然后通过激光粒度仪分析其粒度组成，进一步分析出砂过程中地层砂颗粒的运移规律；(h)筛管堵塞程度评价和堵塞特性分析：通过取样分析，得到出砂前后地层砂颗粒粒度分布特征变化；通过筛管挡砂介质单元压力、流量来计算渗透率，通过渗透率变化分析水合物开采过程中筛管堵塞程度和堵塞特性的变化；并分析粒度变化特征、出砂特征与筛管堵塞特性之间的关系。