CN110346529A - 天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜 - Google Patents
天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜 Download PDFInfo
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Abstract
一种天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，包括釜体，在釜体内同轴设置有整流管、外防砂网管和内防砂网管，釜体包括呈釜筒，在釜筒两端分别密封盖有左、右釜盖，在釜筒的侧壁设有注入口，左釜盖设有左安装槽，在右釜盖设有右安装槽，内防砂网管分别插固在左、右安装槽之间，外防砂网管的两端设有端堵，两端堵的中心部位设有穿孔，通过两穿孔实现外防砂网管套固在内防砂网管，外防砂网管与内防砂网管之间形成第一环形空间，在釜筒的与外防砂网管之间设置整流管，整流管与外防砂网管之间形成第二环形空间，整流管与釜筒之间形成第三环形空间，在右釜盖对应内防砂网管的轴线位置开设安装孔，安装孔中设有与内防砂网管相通出砂管。
Description
技术领域
本发明涉及一种出砂、防砂试验反应釜，特别是指一种天然气水合物水平井开采出砂、防砂试验反应釜。
背景技术
天然气水合物，一种由甲烷等气体和水分子在高压低温条件下形成的类冰状固体，作为新世纪最理想的潜在替代能源正日益引起世界各国高度重视。天然气水合物赋存于极地多年冻土带以及水深500米或更深的海底以下数百米的沉积层中，其在低温和高压环境中呈稳定状态。目前国内外基于天然气水合物的合成、分解及开采工艺方法进行了较多研究，大部分的实验研究还处于天然气水合物相平衡和动力学的基础理论领域。近年来，国外实施了多次水合物试采工程，几乎每一次天然气水合物试采都因为出砂严重而被迫终止，因此，水合物储层的出砂问题已成为制约天然气水合物有效安全开发的关键因素。
反应釜是开展天然气水合物各种试验研究的核心装置，然而较多的研究重点侧重于实验工艺及方法，对于天然气水合物开采出砂、防砂模型试验反应釜研究较少，尤其是在模拟不同岩性(中粗砂、泥质粉细砂型等)地下储层中天然气水合物水平井开采工艺下，径向流出砂、防砂试验的反应釜。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然气水合物水平井三维开采出砂、防砂试验反应釜，其结构简单，能更加明显的反应出天然气水合物在水平井开采过程中，三维径向流作用下出砂、防砂效果的情况，方便开展试验。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，它包括呈水平状的釜体，在该釜体内同轴设置有整流管、外防砂网管和内防砂网管，该釜体包括呈釜筒，在该釜筒两开口端分别密封盖有左釜盖、右釜盖，在该釜筒的侧壁上均匀环设数个与该釜筒的腔体相通的注入口，在该左釜盖的内侧中部设有左安装槽，在该右釜盖的内侧中部设有与该左安装槽对应的右安装槽，该内防砂网管的两端分别插固在该左、右安装槽中，该外防砂网管的两端分别设有端堵，两该端堵的中心部位设有对应的穿孔，通过两该穿孔实现该外防砂网管套固在该内防砂网管的两端，两该端堵分别抵顶在对应的左、右安装槽的槽口端面上，该外防砂网管的内侧壁与该内防砂网管的外侧壁之间形成第一环形空间，该第一环形空间中填充有挡砂砾石，在该釜筒的内壁与该外防砂网的外侧壁之间设置整流管，该整流管的两端分别抵在左、右釜盖，该整流管的内壁与该外防砂网管的外壁之间形成第二环形空间，该第二环形空间用于容纳实验储层砂或仿真储层砂，该整流管的外壁与该釜筒的内壁之间形成第三环形空间，该第三环形空间用于容纳模拟天然气水合物储层气水流动特性的气、液两相流，在该右釜盖对应内防砂网管的轴线位置开设与该右安装槽连通的安装孔，该安装孔中安装有出砂管，该出砂管与该内防砂网管相通。
优选地，所述整流管为圆管体，在该圆管体的侧壁上开满均匀布设的小孔或条缝，以使得气、液两相流均匀穿过该整流管且可阻止第二空间内的实验储层砂滤出。
优选地，根据试验需要整流管内壁可覆盖一定目数规格的筛网。
优选地，所述左釜盖的内壁面和所述右釜盖的内壁面上分别设有对应的间隔环形凸起，各该间隔环形凸起分别插入所述釜筒的两开口端，该间隔环形凸起的外圈壁面与该釜筒的内壁匹配。
优选地，所述整流管的两端插设在对应的两间隔环形凸起的内圈，该环形间隔凸起的内圈与该整流管的外壁匹配，在该环形凸起的内圈的壁面与该整流管外壁面之间设有密封圈。
优选地，所述左釜盖的内壁面的中部和所述右釜盖的内壁面的中部分别设有对应的定位凸起，在两定位凸起的端面上开设所述的左、右安装槽。
优选地，所述釜筒内壁面与该整流管外壁之间的距离不小于8mm。
优选地，在所述釜筒侧壁安装与第三环形空间相通的温度传感器和压力传感器，在所述釜筒的右釜盖安装与第二环形空间相通的压力传感器和温度传感器。
优选地，所述内防砂网管的两端与对应的安装槽的壁面之间设有密封圈。
优选地，所述釜筒和所述的左、右釜盖通过螺栓密封连接。
本发明的有益效果：
(1)通过调节釜筒第三、二空间内(气液固三相流或液固两相流)与釜筒右端出砂管的压差，气体、液体从挡砂砾石中渗流析出的同时会携带出相应粒径分布的储层砂，根据不同压差，不同挡砂砾石规格、砾石厚度、砾石均匀系数等参数条件下，气、液渗流析出时携带出的储层砂颗粒粒径和质量及气、液累计流量，模拟天然气水合物水平井实际开采过程中，不同降压方案与不同完井防砂方式下的出砂量、出砂规律与产能预测；
(2)釜筒侧壁及右端设置有若干个温度、压力、流量传感器探头口，可以对三维径向流条件下水平井的防砂、出砂试验过程实施动态监测，分析天然气水合物水平井开采防砂试验各个阶段的压力变化及对应的渗流规律；
(3)本发明反应釜结构简单、其结构设计与实际开采完井结构一致，可模拟不同完井方式与防砂参数下的防砂效果评价实验(完井方式包括：裸眼筛管完井、裸眼砾石充填完井、裸眼预充填完井、套管内筛管完井、套管内砾石充填完井；筛管类型包括：割缝、绕丝、金属网以及金属棉等优质筛管。)，满足实现模拟动态压差作用下，水平井三维径向流条件下防砂工艺的缓慢出砂过程，以此来研究防砂工艺及防砂管材的渗透性、阻砂能力等防砂效果情况及出砂量参数，其加工成本低且试验周期短等优点。
附图说明
图1是本发明的釜体的结构示意图。
图2是本发明的剖视示意图。
图3是本发明的第二、第三环形空间未填充的剖视示意图。
1：釜体，11：釜筒，111：注入口，112：温度传感器，113：压力传感器，114：流量传感器，12：左釜盖，121：左平盖板，122：左限位环，123：左定位台，124：左安装槽，13：右釜盖，131：右平盖板，132：右限位环，133：右定位台，134：右安装槽，135：安装孔，2：内防砂网管，3：外防砂网管，31：端堵，23：挡砂砾石，4：整流管，5：筛网，6：出砂管，10：第一环形空间，101：挡砂砾石，20：第二环形空间，201：实验储层砂或仿真储层砂，30：第三环形空间。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。
如图1至图3所示，本发明的一种天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，它包括呈水平状的釜体1，在该釜体1内同轴设置有内防砂网管2、外防砂网管3和整流管4。该釜体1包括釜筒11和盖设在该釜筒两端的左釜盖12和右釜盖13，该釜筒11包括筒身，在筒身的两端分别经该筒身的外壁向外延设环形连接板，两该连接板的外端面分别与对应的筒身的端面平齐，在该釜筒11的筒身侧壁上均匀环设数个与该釜筒的腔体相通的注入口111，经恒速恒压泵输出的液体与经稳压系统输出的高压气体通过注入口111均匀注入釜筒的腔体；在该釜筒11的两开口端分别密封盖设有左釜盖12和右釜盖13，该左、右釜盖12、13的外缘分别与对应的连接板分别通过螺栓连接；该左釜盖12包括左平盖板121，在该左平盖板121对应釜筒腔体的部位凸设有左限位环122和左定位台123，该左限位环122和该左定位台123插入该釜筒的腔体左端部，该左限位环122的外圈壁面与该釜筒11的内壁接触匹配，该左定位台123位于釜筒腔体的轴线中心部位，在该左定位台123的端面设有所述左安装槽124，该左安装槽124的轴线与釜筒的腔体轴线对应；该右釜盖13包括包括右平盖板131，该右平盖板131设有与左限位环122对应的右限位环132、与左定位台123对应的右定位台133，该右定位台133设有与左安装槽124对应的右安装槽134，在该右釜盖13上对应内防砂网管2的轴线位置开设与该右安装槽134连通的安装孔135。所述内防砂网管2的两端分别插固在该左、右安装槽124、134中；在该内防砂网管2的外侧套设有外防砂网管3，该外防砂网管3的两端分别设有端堵31，各该端堵31的中心部位设有对应的穿孔，通过两该穿孔实现该外防砂网管3套设在该内防砂网管2的两端，两该端堵31分别抵顶在对应的左、右安装槽124、134的槽口端面上；该外防砂网管3的内侧壁与该内防砂网管2的外侧壁之间形成第一环形空间10，该第一环形空间中填充有挡砂砾石101，在该釜身的内壁与该外防砂网管3的外侧壁之间设置整流管4，该整流管4的两端分别插入左、右限位环122、132中并抵于左、右釜盖12、13，该整流管4的外壁与限位环的内圈壁密封匹配，该整流管的内壁与该外防砂网管的外壁之间形成第二环形空间20，该第二环形空间用于存储实验储层砂或仿真储层砂201，该整流管的外壁与该釜筒的内壁之间形成第三环形空间30，该第三环形空间用于容纳模拟天然气水合物储层气水流动特性的气、液两相流，该安装孔中安装有出砂管6，该出砂管6与该内防砂网管2相通。
所述整流管4为圆管体，在该圆管体的侧壁上开满均匀布设的小孔或条缝，根据实验需要整流管内壁可覆盖一定目数规格的筛网5，以使得气、液两相流均匀穿过该整流管且可阻止第二空间内的实验储层砂滤出。
所述釜筒内壁面与该整流管外壁之间的距离不小于8mm。
为了对防砂、出砂试验过程实施动态监测，分析天然气水合物开采防砂试验各个阶段的实验参数变化；在所述釜筒侧壁安装与第三环形空间相通的温度传感器112和压力传感器113，在所述釜筒的右釜盖安装与第二环形空间相通的压力传感器113和温度传感器112，在所述出砂管设置温度传感器112、压力传感器113和流量传感器114。
所述出砂管8通过定压开启阀控制。
所述内防砂网管的两端与对应的安装槽的壁面之间设有密封圈。
内防砂网管2用来模拟开采筛管的缝宽或预充填筛管的内壁缝宽。该内防砂网管2与该整流管4内壁之间设有轴向筒状的外防砂网管3，用来模拟开采预充填筛管的外壁缝宽。
本发明进行天然气水合物水平井开采径向流防砂模拟试验的工作原理及过程是：
首先，将不同粒径规格及不同厚度的挡砂砾石装入第一环形空间内，即内防砂网与外防砂网之间，并充分振动压实，用以模拟天然气水合物水平井开采的挡砂砾石充填层；之后，拟开采区域天然气水合物储层或仿真储层经循环搅拌系统充分搅拌后，装入第二环形空间内，即外防砂网与整流管之间，用以模拟井眼周围地层；按照模型实验相似理论的流速等效原则折合计算得到模拟实验所需气、液两相的流量，经恒速恒压泵输出的液体与经稳压系统输出的高压气体通过釜筒11的侧壁注入口111均匀注入反应釜第三环形空间内，即釜筒11内侧与整流管之间的环形空间，用以模拟天然气水合物的气、水流动特性；通过调节安装在反应釜注入口处气液两相流管路的阀门，控制反应釜筒内气液固三相流或液固两相流(关闭气体注入阀门)与右釜盖的出砂管的压差(模拟实际开采压降)；通过测定反应釜注入口12、釜筒第二环形空间及反应釜右端出砂管所设置温度、压力、流量传感器数据，可以对水平井径向流防砂、出砂试验过程实施动态监测，分析天然气水合物水平井开采径向流防砂试验各个阶段的实验参数变化；通过对反应釜右端的出砂管所携带出的砂粒进行粒度分析，计算出砂量、产气量与产水量，分析挡砂砾石的挡砂精度及预测实际开采井产能，为水平井开采防砂方案的制定提供支撑。
本发明依据驱替机理和相似原理，通过控制、测试手段(温度、压力、流量传感器)，考虑储层孔渗特性条件下，实现模拟地层条件、流体特性、不同完井方式与防砂参数下的防砂效果评价实验；可真实模拟动态压差作用下，水平井三维径向流条件下防砂工艺的缓慢出砂过程，以此研究防砂工艺及防砂管材的渗透性、阻砂能力、渗透淤塞机理等防砂效果情况及出砂量参数。本发明天然气水合物水平井开采径向流出砂、防砂试验反应釜，其结构简单，能更加明显的反应出天然气水合物在水平井开采过程中，井眼径向方向出砂、防砂效果的情况，方便开展试验。
Claims (10)
1.一种天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：它包括呈水平状的釜体，在该釜体内同轴设置有整流管、外防砂网管和内防砂网管，该釜体包括釜筒，在该釜筒两开口端分别密封有左釜盖、右釜盖，在该釜筒的侧壁上均匀环设数个与该釜筒的腔体相通的注入口，在该左釜盖的内侧中部设有左安装槽，在该右釜盖的内侧中部设有与该左安装槽对应的右安装槽，该内防砂网管的两端分别插固在该左、右安装槽中，该外防砂网管的两端分别设有端堵，两该端堵的中心部位设有对应的穿孔，通过两该穿孔实现该外防砂网管套固在该内防砂网管的两端，两该端堵分别抵顶在对应的左、右安装槽的槽口端面上，该外防砂网管的内侧壁与该内防砂网管的外侧壁之间形成第一环形空间，该第一环形空间中填充有挡砂砾石，在该釜筒的内壁与该外防砂网的外侧壁之间设置整流管，该整流管的两端分别抵在左、右釜盖，该整流管的内壁与该外防砂网管的外壁之间形成第二环形空间，该第二环形空间用于容纳实验储层砂或仿真储层砂，该整流管的外壁与该釜筒的内壁之间形成第三环形空间，该第三环形空间用于容纳模拟天然气水合物储层气水流动特性的气、液两相流，在该右釜盖对应内防砂网管的轴线位置开设与该右安装槽连通的安装孔，该安装孔中安装有出砂管，该出砂管与该内防砂网管相通。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述整流管为圆管体，在该圆管体的侧壁上开满均匀布设的小孔或条缝，以使得气、液两相流均匀穿过该整流管且可阻止第二空间内的实验储层砂滤出。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述整流管的内壁可覆盖筛网。
4.根据权利要求1或2或3所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述左釜盖的内壁面和所述右釜盖的内壁面上分别设有对应的间隔环形凸起，各该间隔环形凸起分别插入所述釜筒的两开口端，该间隔环形凸起的外圈壁面与该釜筒的内壁匹配。
5.根据权利要求4所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述整流管的两端插设在对应的两间隔环形凸起的内圈，该环形间隔凸起的内圈与该整流管的外壁匹配，在该环形凸起的内圈的壁面与该整流管外壁面之间设有密封圈。
6.根据权利要求5所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述左釜盖的内壁面的中部和所述右釜盖的内壁面的中部分别设有对应的定位凸起，在两定位凸起的端面上开设所述的左、右安装槽。
7.根据权利要求1所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述釜筒内壁面与该整流管外壁之间的距离不小于8mm。
8.根据权利要求1所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：在所述釜筒侧壁安装与第三环形空间相通的温度传感器和压力传感器，在所述釜筒的右釜盖安装与第二环形空间相通的压力传感器和温度传感器。
9.根据权利要求1所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述内防砂网管的两端与对应的安装槽的壁面之间设有密封圈。
10.根据权利要求1所述的天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，其特征在于：所述釜筒和所述的左、右釜盖通过螺栓密封连接。
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2019
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