CN108952638A - 一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置及试验方法，包括筛管防砂模拟装置、天然气水合物采集装置以及气液分离装置，天然气水合物采集装置的气液混合流体通入筛管防砂模拟装置，经过均质或非均质的土层后，含砂流体进入气液分离装置进行固水气分离，得到模拟筛管在不同孔径下的出砂量以及气液含量，并可通过筛管防砂模拟装置不同角度的调节以及可变径筛管的孔径调节，模拟出不同倾斜角度的水平井而满足不同工况下水合物藏开采试验需求，实现对筛网孔径进行优选的目的。本发明可为天然气水合物水平井开采时防砂情况的研究提供理论依据，为防砂筛管的优选、井筒倾斜角度提供参考，对天然气水合物的开发具有实质性的指导意义。

Description

一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置及试验方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其是一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置及试验方法。

背景技术

天然气水合物一般在海底浅层区域形成，处在低温高压环境中，成藏沉积物疏松。现有的天然气水合物开采方法基本都是直井降压法开采，但是天然气水合物成藏条件复杂，为了最大限度地开采，目前在探索水平井开采方法，不只局限于直井。而采用水平井开采时，将遇到井筒下部携砂量大、筛管孔径优选难等问题，并且海底浅层泥土胶结差、泥质含量高、成层不均匀。现有的一些设备对天然气水合物的防砂筛管堵漏试验进行了模拟，但是并没有针对水平井开采时，井筒的倾斜角、筛管孔径优选、非均质土层等情况进行试验模拟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置及试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置，包括可作不同角度调节的筛管防砂模拟装置、天然气水合物采集装置以及气液分离装置，

其中的筛管防砂模拟装置：包括反应釜，反应釜外部设置有水夹套，位于反应釜轴线上设有可变径筛管，所述可变径筛管与反应釜内壁之间填充有模拟深水浅层天然气水合物气藏的均质或非均质的土层，水夹套上设有与反应釜内部连通的流体进管，反应釜前端面设有与可变径筛管内部连通的流体出管，所述的水夹套底端设有水浴入口管、上端设有水浴出口管；

天然气水合物采集装置：具有气液混合器，气液混合器的入料端分别管路连接气瓶和水箱，气液混合器的出料端与流体进管管路连接；

气液分离装置：包括进料端与流体出管管路连接的气液分离器，气液分离器的出料端分别管路连接集液罐和集气罐。

进一步地，所述的反应釜前端固连有端盖，流体出管固定在端盖中心，所述的水夹套周壁上对应反应釜接口位置处设有若干个检测反应釜内部温度的温度传感器，以保持反应釜内的恒温状况。

具体说，所述的可变径筛管包括模拟筛管、位于模拟筛管内通过转动而相对模拟筛管移动的孔径调节器，反应釜后端设有固定模拟筛管的夹持装置，水夹套后端板上安装有驱动电机，驱动电机通过传动轴带动孔径调节器转动而与模拟筛管相配合以调节任意小于原模拟筛管的孔径。

为实现筛管防砂模拟装置不同倾斜角度的调节，所述的筛管防砂模拟装置下方设有调节支撑架，所述调节支撑架包括固定底面的底座、固定在底座上的一对支撑杆以及位于所述支撑杆上端的旋转轴，所述旋转轴一端与水夹套固连，旋转轴另一端与支撑杆可转动连接，支撑杆上设有在旋转轴转动到位后将旋转轴固定的紧定螺钉。

所述的气瓶与气液混合器之间的管路上依次设有压气机、气体控制阀、气体压力表以及第一气体流量计；所述的水箱与气液混合器之间的管路上依次设有水泵、液体控制阀、液体压力表以及液体流量计。

所述的气液分离器与流体出管之间的管路上设有出口控制阀，气液分离器与集气罐之间的管路上设有第二气体流量计。

一种采用上述试验装置进行天然气水合物水平井开采防砂模拟试验方法，包含以下步骤：

(a)、试验之前，对试验装置进行系统清洗；

(b)、泵入压力设为1MPa，在常温下对筛管防砂模拟装置和天然气水合物泵入和流出管道的气密性进行检测；

(c)、对筛管防砂模拟装置进行角度调节，使其能够分别处在0°、30°、60°和90°而不出现松动现象；

(d)、在筛管防砂模拟装置中装入均质土构成的土层，通过水浴入口管向水夹套内通入水浴；

(e)、调节筛管防砂模拟装置至0°的水平方向并固定；

(f)、将水箱中的水通入气液混合器，气瓶11中的气体调整压力后通入气液混合器使其与水在气液混合器中混合；

(g)、将气液混合器中的混合流体进入反应釜，混合流体流经均质的土层，分别调节孔径调节器，使模拟筛管孔径分别为20μm、40μm、80μm；

(h)、反应釜内流过土层的流体经流体出管通入气液分离器分离后，气体通入集气罐，液体通入集液罐，然后对集气罐和集液罐进行测量，计算得出模拟筛管在不同孔径下的出砂量以及气液含量；

(i)、分别调节筛管防砂模拟装置至30°、60°、90°位置，重复a～h步骤计算出砂量和气液含量；

(j)、在筛管防砂模拟装置中装入非均质土构成的土层，重复a～i步骤计算出砂量、气液含量；

(k)、在上述计算所得出砂量和气液含量的基础上进行防砂模拟评价，得出最优的防砂方案，对现场施工进行指导。

本发明的有益效果是：本发明通过筛管防砂模拟装置不同角度的调节以及可变径筛管的孔径调节，模拟出不同倾斜角度的水平井而满足不同工况下水合物藏开采试验需求，并可对筛网孔径进行优选，该模拟试验可为天然气水合物水平井开采时防砂情况的研究提供理论依据，为防砂筛管的优选、井筒倾斜角度提供参考，对天然气水合物的开发具有实质性的指导意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述筛管防砂模拟装置的内部结构示意图。

图3是本发明所述可变孔径筛管的结构示意图。

图4为本发明所述调节支撑架与筛管防砂模拟装置的安装示意图。

图中：11.气瓶12.压气机13.气体控制阀14.气体压力表15.第一气体流量计16.气液混合器21.水箱22.水泵23.液体控制阀24.液体压力表25.液体流量计3.筛管防砂模拟装置31.端盖32.反应釜33.水夹套34.固定螺栓35.温度传感器36.土层37.流体进管38.流体出管391.水浴入口管392.水浴出口管41.可变径筛管411.孔径调节器412.模拟筛管42.夹持装置43.传动轴44.驱动电机5.调节支撑架51.紧定螺钉52.旋转轴53.支撑杆54.底座61.出口控制阀62.气液分离器63.第二气体流量计64.集气罐65.集液罐

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图4所示，一种天然气水合物水平井开采防砂模拟装置，包括可作不同角度调节的筛管防砂模拟装置3、天然气水合物采集装置以及气液分离装置。

所述筛管防砂模拟装置3：包括反应釜32，反应釜32外部设置有水夹套33，水夹套33上设有与反应釜32内部连通的流体进管37，所述的反应釜32前端通过固定螺栓34固连有端盖31，流体出管38固定在端盖31中心与反应釜32内部连通；所述的水夹套33底端设有水浴入口管391、上端设有水浴出口管392，以保持反应釜32内的恒温状况，位于水夹套33周壁上对应反应釜32接口位置处设有若干个检测反应釜32内部温度的温度传感器35。

位于反应釜32轴线上设有可变径筛管41，具体说，所述的可变径筛管41包括模拟筛管412、位于模拟筛管412内通过转动而相对模拟筛管412移动的孔径调节器411，反应釜32后端设有固定模拟筛管412的夹持装置42，水夹套33后端板上安装有驱动电机44，驱动电机44通过传动轴43带动孔径调节器411转动，孔径调节器411转动产生轴向移动与模拟筛管412相配合以调节任意小于原模拟筛管411的孔径。

所述可变径筛管41与反应釜32内壁之间填充有均质或非均质土构成的土层36，以达到模拟深水浅层天然气水合物气藏的效果。

为实现筛管防砂模拟装置3不同倾斜角度的调节，所述的筛管防砂模拟装置3下方设有调节支撑架5，所述调节支撑架5包括固定底面的底座54、固定在底座54上的一对支撑杆53以及位于所述支撑杆53上端的旋转轴52，所述旋转轴52一端与水夹套33固连，旋转轴52另一端与支撑杆53可转动连接，支撑杆53上设有在旋转轴52转动到位后将旋转轴52固定的紧定螺钉51。通过调节支撑架5对筛管防砂模拟装置3进行不同角度的调节，从而模拟不同倾斜角度的水平井，以满足不同工况下水合物藏开采试验需求。

所述天然气水合物采集装置：具有气液混合器16，气液混合器16的入料端分别管路连接气瓶11和水箱21，气液混合器16的出料端与流体进管37管路连接；所述的气瓶11与气液混合器16之间的管路上依次设有压气机12、气体控制阀13、气体压力表14以及第一气体流量计15；所述的水箱21与气液混合器16之间的管路上依次设有水泵22、液体控制阀23、液体压力表24以及液体流量计25。

所述气液分离装置：包括进料端与流体出管38管路连接的气液分离器62，气液分离器62的出料端分别管路连接集液罐65和集气罐64，在气液分离器62与流体出管38之间的管路上设有出口控制阀61，气液分离器62与集气罐64之间的管路上设有第二气体流量计63。

此前需对进入气液分离装置的液体压力及流量都进行测量，然后流入筛管防砂模拟装置3，在反应釜32内生成水合物流入模拟筛管412，携砂后从流体出管38流出至气液分离器62，进行气液固分离后，测定液体、气体以及固体含量，从而计算得到出砂量。

一种采用上述试验装置进行天然气水合物水平井开采防砂模拟试验方法，包含以下步骤：

(a)、试验之前，对试验装置进行系统清洗：包括反应釜32、可变径筛管41、水浴入口管391和水浴出口管392的连接处以及天然气水合物的所有流动管道；

(b)、对整个管道泵入压力为1MPa的气体进行气密性检测，在常温下对筛管防砂模拟装置3和天然气水合物泵入和流出管道的气密性进行检测；

(c)、通过调节支撑架5对筛管防砂模拟装置3进行角度调节，使其能够分别处在0°、30°、60°和90°多个角度位置而不出现松动现象；

(d)、在筛管防砂模拟装置3中装入由均质土构成的土层36，通过水浴入口管391向水夹套33内通入水浴，对水浴出入口进行检测，并检查温度传感器35是否有效；

(e)、调整旋转轴52，将筛管防砂模拟装置3调节至0°的水平方向并固定；

(f)、打开水泵22和液体控制阀23，将水箱21中的水通入气液混合器16，水量由液体流量计25调节控制；然后打开气瓶11和气体控制阀13，启动压气机12,通过气体压力表14对气体调整压力后,压气机12将气体打入气液混合器16，通气量由第一气体流量计15调节控制，上述通入的气体与水在气液混合器16中进行充分混合成流体；

(g)、将气液混合器16中的混合流体通过流体进管37通入反应釜32，混合流体流经均质的土层36，再分别调节孔径调节器411，使模拟筛管412孔径分别为20μm、40μm、80μm；

(h)、反应釜32内流过土层36的含砂流体经流体出管38通入气液分离器62分离，分离后的气体通入集气罐64，液体通入集液罐65，然后对集气罐64和集液罐65分别进行测量，计算得出模拟筛管412在不同孔径下的出砂量以及气液含量；

(i)、通过调节支撑架5分别调节筛管防砂模拟装置3至30°、60°和90°位置，重复a～h步骤计算出砂量和气液含量；

(j)、在筛管防砂模拟装置3中装入由非均质土构成的土层36，重复a～i步骤并计算出砂量、气液含量；

(k)、在上述计算所得出砂量和气液含量的基础上进行防砂模拟评价，得出最优的防砂方案，对现场施工进行指导。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，包括可作不同角度调节的筛管防砂模拟装置、天然气水合物采集装置以及气液分离装置，其特征是：

筛管防砂模拟装置：包括反应釜，反应釜外部设置有水夹套，位于反应釜轴线上设有可变径筛管，所述可变径筛管与反应釜内壁之间填充有模拟深水浅层天然气水合物气藏的均质或非均质的土层，水夹套上设有与反应釜内部连通的流体进管，反应釜前端面设有与可变径筛管内部连通的流体出管，所述的水夹套底端设有水浴入口管、上端设有水浴出口管；

天然气水合物采集装置：具有气液混合器，气液混合器的入料端分别管路连接气瓶和水箱，气液混合器的出料端与流体进管管路连接；

气液分离装置：包括进料端与流体出管管路连接的气液分离器，气液分离器的出料端分别管路连接集液罐和集气罐。

2.如权利要求1所述的天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，其特征是：所述的反应釜前端固连有端盖，流体出管固定在端盖中心，所述的水夹套周壁上对应反应釜接口位置处设有若干个温度传感器。

3.如权利要求2所述的天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，其特征是：所述的可变径筛管包括模拟筛管、位于模拟筛管内通过转动而相对模拟筛管移动的孔径调节器，反应釜后端设有固定模拟筛管的夹持装置，水夹套后端板上安装有驱动电机，驱动电机通过传动轴带动孔径调节器转动而与模拟筛管相配合以调节任意小于原模拟筛管的孔径。

4.如权利要求1所述的天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，其特征是：所述的筛管防砂模拟装置下方设有调节支撑架，所述调节支撑架包括固定底面的底座、固定在底座上的一对支撑杆以及位于所述支撑杆上端的旋转轴，所述旋转轴一端与水夹套固连，旋转轴另一端与支撑杆可转动连接，支撑杆上设有在旋转轴转动到位后将旋转轴固定的紧定螺钉。

5.如权利要求1所述的天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，其特征是：所述的气瓶与气液混合器之间的管路上依次设有压气机、气体控制阀、气体压力表以及第一气体流量计；所述的水箱与气液混合器之间的管路上依次设有水泵、液体控制阀、液体压力表以及液体流量计。

6.如权利要求1所述的天然气水合物水平井开采防砂模拟试验装置，其特征是：所述的气液分离器与流体出管之间的管路上设有出口控制阀，气液分离器与集气罐之间的管路上设有第二气体流量计。

7.一种采用如权利要求1所述的试验装置进行天然气水合物水平井开采防砂模拟试验方法，其特征是：包含以下步骤：

(a)、试验之前，对试验装置进行系统清洗；

(b)、泵入压力设为1MPa，在常温下对筛管防砂模拟装置和天然气水合物泵入和流出管道的气密性进行检测；

(c)、对筛管防砂模拟装置进行角度调节，使其能够分别处在0°、30°、60°和90°而不出现松动现象；

(d)、在筛管防砂模拟装置中装入均质土构成的土层，通过水浴入口管向水夹套内通入水浴；

(e)、调节筛管防砂模拟装置至0°的水平方向并固定；

(f)、将水箱中的水通入气液混合器，气瓶11中的气体调整压力后通入气液混合器使其与水在气液混合器中混合；

(g)、将气液混合器中的混合流体进入反应釜，混合流体流经均质的土层，分别调节孔径调节器，使模拟筛管孔径分别为20μm、40μm、80μm；

(h)、反应釜内流过土层的流体经流体出管通入气液分离器分离后，气体通入集气罐，液体通入集液罐，然后对集气罐和集液罐进行测量，计算得出模拟筛管在不同孔径下的出砂量以及气液含量；

(i)、分别调节筛管防砂模拟装置至30°、60°、90°位置，重复a～h步骤计算出砂量和气液含量；

(j)、在筛管防砂模拟装置中装入非均质土构成的土层，重复a～i步骤计算出砂量、气液含量；

(k)、在上述计算所得出砂量和气液含量的基础上进行防砂模拟评价，得出最优的防砂方案，对现场施工进行指导。