CN107514256A - 一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置 - Google Patents

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CN107514256A CN201710992201.8A CN201710992201A CN107514256A CN 107514256 A CN107514256 A CN 107514256A CN 201710992201 A CN201710992201 A CN 201710992201A CN 107514256 A CN107514256 A CN 107514256A
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Abstract

本发明公开了一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，涉及天然气水合物开发领域。装置包括供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统以及监控系统，本发明装置采用填砂箱作为模拟系统的主体，可模拟排式水平井网，通过供气系统、供液系统向模拟系统中供给天然气和水形成天然气水合物，通过压裂系统对模拟天然气水合物储藏实施压裂作业，通过注入系统注入二氧化碳及化学剂以模拟混相驱开采，通过生产系统对采出气及水实施收集，通过监控系统对实验过程实施全程监控，本发明实验装置采用三维方式对混相驱开采天然气水合物实施模拟，对天然气水合物混相驱开采机理研究有一定的指导作用。

Description

一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置
技术领域
本发明公开了一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，涉及天然气水合物开发领域，具体是用于模拟排式水平井混相驱开采天然气水合物的一种室内实验装置。
背景技术
天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m3天然气水合物可含164m3甲烷气和0.8m3的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。
我国的可燃冰储量十分丰富，根据调查研究，我国的天然气水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。
人为地打破天然气水合物稳定存在的相平衡条件，促使其分解，是目前开发天然气水合物的主要方法。根据天然气水合物的平衡相图，大体上可分为加热法、化学法、降压法三类。
加热法：此方法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体介质从地面泵入天然气水合物储层，也可采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失，效率很低。
添加化学剂：某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中天然气水合物的压力较高，因而不宜采用此方法。
降压法：通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法，另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。降压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。
然而目前天然气水合物开采技术仍处于摸索阶段，世界各国对天然气水合物的开发尚未制定出一套成型的标准，室内实验研究的方法仍是可燃冰开采技术研究的主体，CN101710088A公布一种天然气水合物生成与分解测试方法及装置，通过一维填砂电阻率模型管对天然气水合物实施模拟实验。CN103206210B公布一种热流体压裂开采天然气水合物藏的实验装置，通过水合物岩芯三轴压裂系统、压裂注入系统、天然气开采系统和声发射监测系统实施天然气水合物模拟实验。CN101246117B公布一种天然气水合物合成与宏观力学性质综合实验系统，通过天然气水合物合成模块、力学性质实验模块和微观测量模块对天然气水合物进行模拟实验。上述专利设备无法模拟水平井开采天然气水合物，且无法达到可视化实验。CN105909224A公布一种双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物的实验装置及工作方法，通过注气系统、电力系统、天然气水合物反应系统、数据监测处理系统、气液分离计量系统对天然气水合物进行模拟实验。但是单纯使用电力系统加热天然气水合物储藏无法模拟实际生产中水平井驱替作业。有鉴于此，本发明人提出一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，以满足目前三维模拟实验装置的要求，并克服现有技术的缺陷，且本发明装置主体为透明可视材质，可对混相驱开采天然气水合物进行更细致的观察。
发明内容
本发明公开了一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，装置包括供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统以及监控系统，本发明装置采用填砂箱作为模拟系统的主体，通过供气系统、供液系统向模拟系统中供给天然气和水形成天然气水合物，通过压裂系统对模拟天然气水合物储藏实施压裂作业，通过注入系统注入二氧化碳及化学剂以模拟混相驱开采，通过生产系统对采出气及水实施收集，通过监控系统对实验过程实施全程监控，本发明实验装置采用三维方式对混相驱开采天然气水合物实施模拟，对天然气水合物混相驱开采机理研究有一定的指导作用。
其中所述供气系统与模拟系统相连接，所述供液系统与模拟系统相连接，所述压裂系统与模拟系统相连接，所述注入系统与模拟系统相连接，所述生产系统与模拟系统相连接，所述监控系统分别与所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统和生产系统相连接。
所述供气系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供天然气；所述供液系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供水；所述压裂系统用于对模拟系统实施压裂作业；所述注入系统用于为所述模拟系统注入二氧化碳和化学剂，用以模拟实际生产中注入井；所述生产系统用于采出所述模拟系统中产生的天然气和水，并分析所述产出气产量、水产量，以及分析所述产出气的组分，用以模拟实际生产中生产井；所述模拟系统用于模拟天然气水合物藏压力、温度、饱和度、渗透率及常规地层参数，并模拟在天然气水合物藏中排式水平井网；所述监控系统用于实时收集所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统工作参数，记录工作参数所产生的数据，并通过监控系统控制实验操作。
优选的，本发明的供气系统包括天然气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；天然气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于天然气瓶和增压装置之间，起到调节天然气供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述模拟系统相连接。
所述供气系统中天然气瓶为常规室内实验设备，所述调节阀门为具有信号传输及远程控制功能的常规调节阀门设备，所述气体流量计、压力传感器、温度传感器为具有信号传输功能的常规室内实验设备，所述分接阀门为具有分流功能的常规室内实验设备，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组。
优选的，本发明的供液系统包括储水装置、调节阀门、增压装置、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；储水装置出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于储水装置和增压装置之间，起到调节水供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，液体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测液体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述模拟系统相连接。
所述供液系统中储水装置包括水瓶、中间容器、烧杯及其他具有储水功能的常规室内实验设备，所述储水装置内部液体包括地层水、海水、模拟地层水及其他实验用水，所述调节阀门为具有信号传输及远程控制功能的常规调节阀门设备，所述液体流量计、压力传感器、温度传感器为具有信号传输功能的常规室内实验设备，所述分接阀门为具有分流功能的常规室内实验设备，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组。
优选的，本发明的压裂系统包括储水装置、搅拌装置、调节阀门、增压装置、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、止回阀、注入井连接装置；储水装置出口通过高压管线连接于搅拌装置入口，用于将储水装置内部配液水供入搅拌装置，并在搅拌装置中混合配液水和添加剂形成压裂液，搅拌装置出口通过高压管线连接增压装置入口，调节阀门位于搅拌装置和增压装置之间，增压装置出口通过高压管线连接于注入井连接装置，液体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于增压装置与注入井连接装置之间，起到监测压裂液流量、压力、温度的作用，并防止压裂液回流，注入井连接装置与所述模拟系统相连接。
所述压裂系统中储水装置包括水瓶、中间容器、烧杯及其他具有储水功能的常规室内实验设备，所述储水装置内部液体包括适用于配置压裂液的实验用水，所述搅拌装置为具有搅拌功能的常规室内实验设备，所述调节阀门为具有信号传输及远程控制功能的常规调节阀门设备，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组，所述液体流量计、压力传感器、温度传感器为具有信号传输功能的常规室内实验设备，所述止回阀为具有单项流通功能的常规室内实验设备，所述注入井连接装置为具有连接模拟注入井口及密封功能的常规室内实验设备。
优选的，本发明的注入系统包括二氧化碳气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、三通接头、止回阀、液体中间容器、搅拌装置、分接阀门、注入井连接装置；二氧化碳气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于二氧化碳气瓶和增压装置之间，起到调节二氧化碳供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于三通接头入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于增压装置与三通接头之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，并防止二氧化碳回流；液体中间容器出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于液体中间容器和增压装置之间，起到调节液体供给速度作用，液体中间容器出口处设有止回阀，防止液体回流，增压装置出口通过高压管线连接搅拌装置入口，搅拌装置用于将增压装置供入的液体搅拌均匀制成化学剂，搅拌装置出口通过高压管线连接于三通接头入口，液体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于搅拌装置与三通接头之间，起到监测化学剂流量、压力、温度的作用，并防止化学剂回流；三通接头通过高压管线连接于分接阀门，分接阀门通过高压管线连接于注入井连接装置，注入井连接装置与所述模拟系统相连接。
所述注入系统中二氧化碳气瓶为常规室内实验设备，所述调节阀门为具有信号传输及远程控制功能的常规调节阀门设备，所述气体流量计、液体流量计、压力传感器、温度传感器为具有信号传输功能的常规室内实验设备，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组，所述止回阀为具有单项流通功能的常规室内实验设备，所述搅拌装置为具有搅拌功能的常规室内实验设备，所述分接阀门为具有分流功能的常规室内实验设备，所述注入井连接装置为具有连接模拟注入井口及密封功能的常规室内实验设备。
优选的，本发明的生产系统包括生产井连接装置、分接阀门、调节阀门、压力传感器、温度传感器、高压管线、回压阀、气液分离器、储水装置、气体中间容器、气体组分在线分析仪；生产井连接装置与分接阀门通过高压管线连接，回压阀入口与分接阀门通过高压管线连接，调节阀门、压力传感器、温度传感器位于分接阀门与回压阀之间，起到监测产出物压力、温度的作用，回压阀起到模拟地层压力作用，所述回压阀出口与气液分离器相连接，气液分离器将产出物实施气液分离，并将产出水供入储水装置，产出气供入气体中间容器，气体组分在线分析仪与气体中间容器相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析；生产井连接装置与模拟系统相连接，模拟系统工作产生的产出物通过生产井连接装置进入生产系统。
所述生产系统中生产井连接装置为具有连接模拟生产井口及密封功能的常规室内实验设备，所述分接阀门为具有分流功能的常规室内实验设备，所述调节阀门为具有信号传输及远程控制功能的常规调节阀门设备，所述压力传感器、温度传感器为具有信号传输功能的常规室内实验设备，所述回压阀为具有回压功能的常规室内实验设备，所述气液分离器为具有气液分离功能的常规室内实验设备，所述储水装置包括水瓶、中间容器、烧杯及其他具有储水功能的常规室内实验设备，所述气体组分在线分析仪为具有气体组分分析及信号传输功能的常规室内实验设备。
优选的，本发明的模拟系统包括恒温箱、反应容器、模拟注入井口、模拟生产井口、供气入口、供液入口、测温装置、测压装置、螺栓孔、上盖板、模拟井筒、模拟砂体、X射线发生器、X射线检出器；反应容器为长方体耐高压透明板材，所述上盖板位于所述反应容器上部，由螺栓孔用螺栓密封形成的长方体密闭空间，模拟注入井口、模拟生产井口、测温装置接口、测压装置接口均位于上盖板表面，所述供气入口、供液入口位于反应容器表面，模拟砂体位于反应容器内部，模拟井筒位于模拟砂体内部，所述测温装置和所述测压装置位于模拟砂体内部，X射线发生器、X射线检出器位于反应容器两侧，所述反应容器、模拟注入井口、模拟生产井口、供气入口、供液入口、测温装置、测压装置、螺栓孔、上盖板、模拟井筒、模拟砂体、X射线发生器、X射线检出器均位于恒温箱内。
所述反应容器为长方体形状耐高压高强度玻璃，其长度、宽度范围为1-2m，高度范围为0.5-1m，厚度范围为3-10cm，最高模拟储藏压力35Mpa，所述反应容器与上盖板接触面设有密封环，用于增加模拟系统密封性，所述密封环材质为耐高压橡胶，所述测温装置为具有温度监测功能及信号传输功能的常规室内实验设备，所述测压装置为具有压力监测功能及信号传输功能的常规室内实验设备，所述模拟砂体包括石英砂、岩心粉末及其他常规模拟储藏砂体。
所述模拟井筒包括不锈钢管、密封原件及可抽取式填充物，通过密封原件将模拟井筒固定于上盖板表面，不锈钢管包括模拟直井段、模拟水平段及模拟射孔，用以模拟天然气水合物储藏中的水平井，所述可抽取式填充物包括橡胶棒、尼龙棒，及其他具有耐低温、具有形变功能、具有一定强度的填充物。
所述模拟井筒具体使用方法为：在反应容器中加入模拟砂体时，将模拟井筒放置于砂体中，可抽取式填充物放置于不锈钢管内部，向反应容器中供入天然气和水并保持低温高压，模拟砂体内部形成天然气水合物并保持稳定后，将可抽取式填充物取出，并将密封原件调制闭合状态。
所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井方向可以是同向的，也可以是反向的；所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井的水平段可以是等长的，也可以是非等长的；所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井可以是对齐分布的，也可以是错位分布的；所述水平注入井水平段深度与所述水平生产井水平段深度可以是等高的，所述水平注入井水平段也可以位于所述水平生产井水平段上方或下方。
所述供气系统中分接阀门通过高压管线与供气入口相连接，所述供液系统所中分接阀门通过高压管线与供液入口相连接，所述压裂系统中注入井连接装置与模拟注入井口相连接，所述注入系统中注入井连接装置与模拟注入井口相连接，所述生产系统中生产井连接装置与模拟生产井口相连接。
所述X射线发生器、X射线检出器与监控系统中计算机相连接，发出并接收X射线信号，利用不同密度物质对X射线的吸收与透过率不同，通过计算机对数据进行处理后，可以得到模拟系统内部模拟砂体的三维立体图像，可对天然气水合物储藏压裂裂缝的长度、宽度、方向及其他压裂参数进行直观观察。
优选的，本发明的监控系统包括计算机和传输电缆，所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统通过传输电缆与计算机相连接，用以在实验过程中实时采集温度、压力、产出物流量、气体组分、X射线成像及其他实验数据，并通过监控系统控制实验操作。
本发明实施例的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置有益效果为：
1)本发明中供气系统与供液系统相互独立，在反应容器表面有多个供气入口及供液入口，使注入反应容器内部的天然气和水分部更为均匀，且相互独立的供给管路在向模拟系统中注入天然气和水时注入精度较高，通过控制供气系统及供液系统注入量，可模拟不同天然气水合物饱和度储藏。
2)本发明注入系统及生产系统均连接于上盖板表面的模拟井筒入口，且模拟井筒在反应容器内部呈排式水平井式分部，可更加精确的模拟实际生产中排式水平井开采天然气水合物的具体参数。
3)本发明模拟系统中反应容器主体为透明的，可以观察到混相驱开采天然气水合物时不同时间段模拟砂体的变化，对混相驱开采天然气水合物机理研究有一定的指导作用。
4)基于监控系统的应用，可有效采集试验中不同时间区段中温度、压力、产液量以及生成气体组分，可实时录入计算机中进行数模分析，用于将物理模拟实验结果与数值模拟实验结果相结合。
5)基于模拟井筒的使用，可有效对实际生产中水平井布井方式、射孔方式进行模拟，可有效提高实验精度。
6)基于压裂系统及X射线发生器、X射线检出器的应用，可以有效对模拟天然气水合物储藏实施压裂作业，并通过X射线发生器、X射线检出器对压裂裂缝的长度、方向及开采过程中裂缝的变化实施三维同步可视化显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实验装置的结构示意图。
图2为供气系统详细结构示意图。
图3为供液系统详细结构示意图。
图4为注入系统详细结构示意图。
图5为压裂系统详细结构示意图。
图6为生产系统详细结构示意图。
图7为模拟系统详细结构示意图。
图8为模拟系统侧视图。
图9为上盖板布置示意图。
图10为模拟井筒结构示意图。
图11为模拟水平井网同向对齐分布示意图。
图12为模拟水平井网反向对齐分布示意图。
图13为模拟水平井网同向错位分布示意图A。
图14为模拟水平井网同向错位分布示意图B。
图15为模拟水平井网反向错位分布示意图A。
图16为模拟水平井网反向错位分布示意图B。
图17为模拟水平段深度示意图。
附图标号：1、天然气瓶2、调节阀门3、增压装置4、气体流量计5、压力传感器6、温度传感器7、高压管线8、分接阀门9、储水装置10、液体流量计11、二氧化碳气瓶12、止回阀13、三通接头14、水中间容器15、甲醇中间容器16、乙醇中间容器17、搅拌装置18、注入井连接装置19、回压阀20、气液分离器21、气体中间容器22、气体组分在线分析仪23、生产井连接装置24、反应容器25、模拟注入井口26、模拟生产井口27、供气入口28、供液入口29、测温装置30、测压装置31、螺栓孔32、上盖板33、模拟井筒34、模拟砂体35、恒温箱36、X射线发生器37、X射线检出器38、可抽取式填充物39、密封原件40、模拟直井段41、模拟水平段42、模拟射孔43、不锈钢管44、模拟水平注入井45、模拟水平生产井。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置的结构示意图，包括供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统以及监控系统；其中所述供气系统与模拟系统相连接，所述供液系统与模拟系统相连接，所述压裂系统与模拟系统相连接，所述注入系统与模拟系统相连接，所述生产系统与模拟系统相连接，所述监控系统分别与所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统和生产系统相连接。
所述供气系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供天然气；所述供液系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供水；所述压裂系统用于对模拟系统实施压裂作业；所述注入系统用于为所述模拟系统注入二氧化碳和化学剂，用以模拟实际生产中注入井；所述生产系统用于采出所述模拟系统中产生的天然气和水，并分析所述产出气产量、水产量，以及分析所述产出气的组分，用以模拟实际生产中生产井；所述模拟系统用于模拟天然气水合物藏压力、温度、饱和度、渗透率及常规地层参数，并模拟在天然气水合物藏中排式水平井布井方式；所述监控系统用于实时收集所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统工作参数，记录工作参数所产生的数据，并通过监控系统控制实验操作。
下面对上述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置进行进一步的描述：
如图2所示，本实施例中，供气系统包括天然气瓶1、调节阀门2、增压装置3、气体流量计4、压力传感器5、温度传感器6、高压管线7、分接阀门8。
天然气瓶1出口通过高压管线7连接于增压装置3入口，调节阀门2位于天然气瓶1和增压装置3之间，起到调节天然气供给速度作用，增压装置3出口通过高压管线7连接于分接阀门8入口，气体流量计4、压力传感器5、温度传感器6位于增压装置3与分接阀门8之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，分接阀门8出口与所述模拟系统相连接，用作向模拟系统供应天然气。
如图3所示，本实施例中，供液系统包括储水装置9、调节阀门2、增压装置3、液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6、高压管线7、分接阀门8。
储水装置9出口通过高压管线7连接于增压装置3入口，调节阀门2位于储水装置9和增压装置3之间，起到调节水供给速度作用，增压装置3出口通过高压管线7连接于分接阀门8入口，液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6位于增压装置3与分接阀门8之间，起到监测液体流量、压力、温度的作用，分接阀门8出口与所述模拟系统相连接，用作向模拟系统供应水。
如图4所示，本实施例中，注入系统包括二氧化碳气瓶11、调节阀门2、增压装置3、气体流量计4、液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6、高压管线7、三通接头13、止回阀12、水中间容器14、甲醇中间容器15、乙醇中间容器16、搅拌装置17、分接阀门8、注入井连接装置18。
二氧化碳气瓶11出口通过高压管线7连接于增压装置3入口，调节阀门2位于二氧化碳气瓶11和增压装置3之间，起到调节二氧化碳供给速度作用，增压装置3出口通过高压管线7连接于三通接头13入口，气体流量计4、压力传感器5、温度传感器6、止回阀12位于增压装置3与三通接头13之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，并防止二氧化碳回流；水中间容器14、甲醇中间容器15、乙醇中间容器16出口通过高压管线7连接于增压装置3入口，调节阀门2位于水中间容器14、甲醇中间容器15、乙醇中间容器16与增压装置3之间，水中间容器14、甲醇中间容器15、乙醇中间容器16出口处设有止回阀12，防止液体回流，增压装置3出口通过高压管线7连接搅拌装置17入口，搅拌装置17用于将增压装置3供入的液体搅拌均匀制成化学剂，搅拌装置17出口通过高压管线7连接于三通接头13入口，液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6、止回阀12位于搅拌装置17与三通接头13之间，起到监测化学剂流量、压力、温度的作用，并防止化学剂回流；三通接头通13过高压管线7连接于分接阀门8，分接阀门8通过高压管线7连接于注入井连接装置18，注入井连接装置18与所述模拟系统相连接。
如图5所示，本实施例中，压裂系统包括储水装置9、搅拌装置17、调节阀门2、增压装置3、液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6、高压管线7、止回阀12、注入井连接装置18。
储水装置9出口通过高压管线7连接于搅拌装置17入口，用于将储水装置9内部配液水供入搅拌装置17，并在搅拌装置17中混合配液水和添加剂形成压裂液，搅拌装置17出口通过高压管线7连接增压装置3入口，调节阀门2位于搅拌装置17和增压装置3之间，增压装置3出口通过高压管线7连接于注入井连接装置18，液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6、止回阀12位于增压装置3与注入井连接装置18之间，起到监测压裂液流量、压力、温度的作用，并防止压裂液回流，注入井连接装置18与所述模拟系统相连接。
如图6所示，本实施例中，生产系统包括生产井连接装置23、分接阀门8、调节阀门2、压力传感器5、温度传感器6、高压管线7、回压阀19、气液分离器20、储水装置9、气体中间容器21、气体组分在线分析仪22。
生产井连接装置23与分接阀门8通过高压管线7连接，回压阀19入口与分接阀门8通过高压管线7连接，调节阀门2、压力传感器5、温度传感器6位于分接阀门8与回压阀19之间，起到监测产出物压力、温度的作用，回压阀19起到模拟地层压力作用，所述回压阀19出口与气液分离器20相连接，气液分离器20将产出物实施气液分离，并将产出水供入储水装置9，产出气供入气体中间容器21，气体组分在线分析仪22与气体中间容器21相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析，生产井连接装置23与模拟系统相连接，模拟系统工作产生的产出物通过生产井连接装置23进入生产系统。
如图7、8、9所示，本实施例中，模拟系统包括恒温箱35、反应容器24、模拟注入井口25、模拟生产井口26、供气入口27、供液入口28、测温装置29、测压装置30、螺栓孔31、上盖板32、模拟井筒33、模拟砂体34、X射线发生器36、X射线检出器37。
反应容器24为长方体耐高压透明板材，上盖板32位于反应容器24上部，由螺栓孔31用螺栓密封形成的长方体密闭空间，模拟注入井口25、模拟生产井口26、测温装置29、测压装置30均位于上盖板32表面，所述供气入口27、供液入口28位于反应容器24表面，模拟砂体34位于反应容器24内部，模拟井筒33位于模拟砂体34内部，所述测温装置29和所述测压装置30位于模拟砂体34内部，所述反应容器24、模拟注入井口25、模拟生产井口26、供气入口27、供液入口28、测温装置29、测压装置30、螺栓孔31、上盖板32、模拟井筒33、模拟砂体34、X射线发生器36、X射线检出器37均位于恒温箱35内。
如图8所示，为模拟系统侧视图，在反应容器24表面供气入口27、供液入口28呈错位对齐分部，X射线发生器36、X射线检出器37位于反应容器24两侧，如图9所示，为上盖板布置示意图，X射线发生器36、X射线检出器37位于反应容器24两侧，模拟注入井口25、模拟生产井口26、测温装置29、测压装置30分部于上盖板32表面，呈反向对齐分部排式水平井网。
如图10所示，为模拟井筒结构示意图，模拟井筒33包括不锈钢管43、密封原件39及可抽取式填充物38，通过密封原件39将模拟井筒33固定于上盖板32表面，不锈钢管43包括模拟直井段40、模拟水平段41及模拟射孔42，用以模拟天然气水合物储藏中的水平井。
所述模拟系统可以模拟的排式水平井网有以下几种排布方式：
如图11所示，为模拟水平井网同向对齐分布示意图，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45同向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向对齐分布；
如图12所示，为模拟水平井网反向对齐分布示意图，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45反向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向对齐分布；
如图13所示，为模拟水平井网同向错位分布示意图A，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45同向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向错位分布，且模拟水平注入井44脚跟处位于模拟水平生产井45脚跟处后方；
如图14所示，为模拟水平井网同向错位分布示意图B，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45同向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向错位分布，且模拟水平注入井44脚跟处位于模拟水平生产井45脚跟处前方；
如图15所示，为模拟水平井网反向错位分布示意图A，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45反向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向错位分布，且模拟水平注入井44脚跟处位于模拟水平生产井45脚尖处前方；
如图16所示，为模拟水平井网反向错位分布示意图B，模拟水平注入井44与模拟水平生产井45反向分布，模拟水平注入井44水平段与模拟水平生产井45水平段呈横向错位分布，且模拟水平注入井44脚跟处位于模拟水平生产井45脚尖处后方；
所述模拟系统可以模拟的排式水平井网深度有以下几种方式，如图16所示，为水平段深度示意图：
图17A为模拟水平注入井44水平段下入深度小于模拟水平生产井45水平段下入深度；
图17B为模拟水平注入井44水平段下入深度等于模拟水平生产井45水平段下入深度；
图17C为模拟水平注入井44水平段下入深度大于模拟水平生产井45水平段下入深度。
在本实施例中，所述监控系统包括计算机(图中未视)和传输电缆(图中未视)，所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统通过传输电缆与计算机相连接，用以在实验过程中实时采集温度、压力、产出物流量和气体组分、X射线成像及其他实验数据，并通过监控系统控制实验操作。
下面基于上述附图对本发明实施例装置工作流程进行如下介绍，本发明实施例工作流程分成以下步骤：
步骤一：通过模拟系统模拟实际天然气水合物储藏，在反应容器24中装填模拟砂体34铺平压实，在装填模拟砂体34过程中下入若干支模拟井筒33，用以模拟排式水平井网，将模拟注入井口25、模拟生产井口26与上盖板32连接、密封，将测温装置29和测压装置30下入模拟砂体34内部，将测温装置29和测压装置30与上盖板32连接、密封，通过螺栓孔31及螺栓将反应容器24与上盖板32进行螺栓密封形成模拟地层空间，将模拟系统放入恒温箱35；模拟砂体34用量、模拟井筒33长度及下入深度及其他常规参数根据实际储藏参数进行调整。
通过供气系统、供液系统向模拟系统中供入天然气和水生成天然气水合物，供气系统、供液系统中的增压装置3为模拟系统提供工作压力，将恒温箱35调节至模拟温度，将供气系统中调节阀门2开启，天然气瓶1中天然气进入增压装置3中增压，通过分接阀门8连接模拟系统中供气入口27，开启增压装置3将天然气供入模拟系统中，通过气体流量计4、压力传感器5、温度传感器6实时监测供气参数，供入天然气到达预定量后关闭分接阀门8以形成密闭空间；将供液系统中调节阀门2开启，储水装置9中供给水进入增压装置3中增压，通过分接阀门8连接模拟系统中供液入口28，开启增压装置3将供给水供入模拟系统中，通过液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6实时监测供液参数，供给水到达预定量后关闭分接阀门8以形成密闭空间；待天然气及供给水进入模拟系统后，将模拟系统恒温放置，待生成的天然气水合物物性稳定后进行下一步操作。
步骤二：通过生产系统实施降压开采，将模拟井筒33中可抽取式填充物38抽出；将生产系统中生产井连接装置23与模拟注入井口25、模拟生产井口26分别连接，将回压阀19调制模拟储藏压力，将分接阀门8、调节阀门2开启，实施模拟降压开采，通过气液分离器20对产出物实施气液分离，通过储水装置9对采出水进行收集，通过气体中间容器21对产出气进行收集，通过气体组分在线分析仪22对产出气实施气体组分分析，通过压力传感器5、温度传感器6实时记录模拟降压开采参数；通过模拟系统中测温装置29、测压装置30实时记录降压开采过程中模拟系统中开采参数。
步骤三：通过压裂系统对模拟系统实施压裂作业，将实施压裂作业的模拟注入井口25与压裂系统中注入井连接装置18相连接，将储水装置9内部配液水供入搅拌装置17，并在搅拌装置17中混合配液水和添加剂形成压裂液，开启调节阀门2，将搅拌装置17中压裂液供入增压装置3，并经由增压装置3、高压管线7、止回阀12、注入井连接装置18将压裂液注入模拟注入井口25，对模拟系统实施压裂作业，通过液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6实时监测注入参数，供入压裂液到达预定量后关闭增压装置3、调节阀门2；压裂作业时通过X射线发生器36、X射线检出器37实时监测压裂裂缝变化数据，并通过监控系统储存。
步骤四：通过注入系统对模拟系统实施混相驱，将模拟注入井口25与注入系统中注入井连接装置18相连接，开启与二氧化碳气瓶11连接的调节阀门2，二氧化碳气瓶11中二氧化碳进入增压装置3中增压，通过止回阀12进入三通接头13将二氧化碳注入模拟注入井口25，通过气体流量计4、压力传感器5、温度传感器6实时监测注入参数，供入二氧化碳到达预定量后关闭调节阀门2；开启与水中间容器14、甲醇中间容器15、乙醇中间容器16连接的调节阀门2，将水、甲醇、乙醇按预设量通过增压装置3供入搅拌装置17，在搅拌装置17中经搅拌形成化学剂，通过止回阀12进入三通接头13将化学剂注入模拟注入井口25，通过液体流量计10、压力传感器5、温度传感器6实时监测注入参数，供入化学剂到达预定量后关闭调节阀门2；重复上述步骤以实现二氧化碳、化学剂交替注入。
通过与模拟生产井口26连接的生产系统实施产出物收集，将回压阀19调制模拟储藏压力，将调节阀门2开启，通过气液分离器20对产出物实施气液分离，通过储水装置9对采出水进行收集，通过气体中间容器21对产出气进行收集，通过气体组分在线分析仪22对产出气实施气体组分分析，通过压力传感器5、温度传感器6实时记录模拟降压开采参数；通过模拟系统中测温装置29、测压装置30实时记录开采过程中模拟系统中开采参数。
上述步骤进行过程中，所述监控系统通过测温装置29、测压装置30、压力传感器5、温度传感器6、气体流量计4、液体流量计10和气体组分在线分析仪22进行实时监测，并记录实验各个阶段具体参数，通过连接调节阀门2对实验过程进行操控。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述实验装置包括供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统以及监控系统；
其中所述供气系统与模拟系统相连接，所述供液系统与模拟系统相连接，所述压裂系统与模拟系统相连接，所述注入系统与模拟系统相连接，所述生产系统与模拟系统相连接，所述监控系统分别与所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统和生产系统相连接；
所述供气系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供天然气；所述供液系统用于为所述模拟系统内部合成天然气水合物提供水；所述压裂系统用于对模拟系统实施压裂作业；所述注入系统用于为所述模拟系统注入二氧化碳和化学剂，用以模拟实际生产中注入井；所述生产系统用于采出所述模拟系统中产生的天然气和水，并分析所述产出气产量、水产量，以及分析所述产出气的组分，用以模拟实际生产中生产井；所述模拟系统用于模拟天然气水合物藏压力、温度、饱和度、渗透率及常规地层参数，并模拟在天然气水合物藏中排式水平井网；所述监控系统用于实时收集所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统工作参数，记录工作参数所产生的数据，并通过监控系统控制实验操作。
2.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述供气系统包括天然气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；
天然气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于天然气瓶和增压装置之间，起到调节天然气供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述模拟系统相连接。
3.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述供液系统包括储水装置、调节阀门、增压装置、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；
储水装置出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于储水装置和增压装置之间，起到调节水供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，液体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测液体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述模拟系统相连接。
4.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述压裂系统包括储水装置、搅拌装置、调节阀门、增压装置、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、止回阀、注入井连接装置；
储水装置出口通过高压管线连接于搅拌装置入口，用于将储水装置内部配液水供入搅拌装置，并在搅拌装置中混合配液水和添加剂形成压裂液，搅拌装置出口通过高压管线连接增压装置入口，调节阀门位于搅拌装置和增压装置之间，增压装置出口通过高压管线连接于注入井连接装置，液体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于增压装置与注入井连接装置之间，起到监测压裂液流量、压力、温度的作用，并防止压裂液回流，注入井连接装置与所述模拟系统相连接。
5.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述注入系统包括二氧化碳气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、液体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、三通接头、止回阀、液体中间容器、搅拌装置、分接阀门、注入井连接装置；
二氧化碳气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于二氧化碳气瓶和增压装置之间，起到调节二氧化碳供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于三通接头入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于增压装置与三通接头之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，并防止二氧化碳回流；液体中间容器出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于液体中间容器和增压装置之间，起到调节液体供给速度作用，液体中间容器出口处设有止回阀，防止液体回流，增压装置出口通过高压管线连接搅拌装置入口，搅拌装置用于将增压装置供入的液体搅拌均匀制成化学剂，搅拌装置出口通过高压管线连接于三通接头入口，液体流量计、压力传感器、温度传感器、止回阀位于搅拌装置与三通接头之间，起到监测化学剂流量、压力、温度的作用，并防止化学剂回流；三通接头通过高压管线连接于分接阀门，分接阀门通过高压管线连接于注入井连接装置，注入井连接装置与所述模拟系统相连接。
6.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述生产系统包括生产井连接装置、分接阀门、调节阀门、压力传感器、温度传感器、高压管线、回压阀、气液分离器、储水装置、气体中间容器、气体组分在线分析仪；
生产井连接装置与分接阀门通过高压管线连接，回压阀入口与分接阀门通过高压管线连接，调节阀门、压力传感器、温度传感器位于分接阀门与回压阀之间，起到监测产出物压力、温度的作用，回压阀起到模拟地层压力作用，所述回压阀出口与气液分离器相连接，气液分离器将产出物实施气液分离，并将产出水供入储水装置，产出气供入气体中间容器，气体组分在线分析仪与气体中间容器相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析；生产井连接装置与模拟系统相连接，模拟系统工作产生的产出物通过生产井连接装置进入生产系统。
7.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述模拟系统包括恒温箱、反应容器、模拟注入井口、模拟生产井口、供气入口、供液入口、测温装置、测压装置、螺栓孔、上盖板、模拟井筒、模拟砂体、X射线发生器、X射线检出器；
反应容器为长方体耐高压透明板材，所述上盖板位于所述反应容器上部，由螺栓孔用螺栓密封形成的长方体密闭空间，模拟注入井口、模拟生产井口、测温装置接口、测压装置接口均位于上盖板表面，所述供气入口、供液入口位于反应容器表面，模拟砂体位于反应容器内部，模拟井筒位于模拟砂体内部，所述测温装置和所述测压装置位于模拟地层砂体内部，所述X射线发生器、X射线检出器位于反应容器两侧，所述反应容器、模拟注入井口、模拟生产井口、供气入口、供液入口、测温装置、测压装置、螺栓孔、上盖板、模拟井筒、模拟砂体、X射线发生器、X射线检出器均位于恒温箱内；
所述供气系统中分接阀门通过高压管线与供气入口相连接，所述供液系统所中分接阀门通过高压管线与供液入口相连接，所述压裂系统中注入井连接装置与模拟注入井口相连接，所述注入系统中注入井连接装置与模拟注入井口相连接，所述生产系统中生产井连接装置与模拟生产井口相连接。
8.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井方向可以是同向的，也可以是反向的；所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井的水平段可以是等长的，也可以是非等长的；所述排式水平井网中水平注入井与水平生产井可以是对齐分布的，也可以是错位分布的；所述水平注入井水平段深度与所述水平生产井水平段深度可以是等高的，所述水平注入井水平段也可以位于所述水平生产井水平段上方或下方。
9.如权利要求1所述的一种模拟天然气水合物排式水平井混相驱开采的装置，其特征在于，所述监控系统包括计算机和传输电缆，所述供气系统、供液系统、模拟系统、压裂系统、注入系统、生产系统通过传输电缆与计算机相连接，用以在实验过程中实时采集温度、压力、产出物流量、气体组分、X射线成像及其他实验数据，并通过监控系统控制实验操作。
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