CN112067785B - 可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置及方法，其将模拟天然气水合物开采出砂防砂试验划分为反应釜系统，注气水砂系统，气水砂分离计量系统，低温水浴夹套系统，支撑和安全系统。反应釜系统中反应釜可根据不同实验条件和目的组合成不同反应釜；反应釜主要包括：左右反应釜，次左右反应釜，中央反应釜和封盖。本发明反应釜系统具有组装设计灵活的特点，通过左右反应釜加封盖组合成实现水合物生成分解无筛管的反应釜；通过左右反应釜加反应釜配件加次左右反应釜和中央反应釜组合可模拟无观察区的单井和双井、单观察区的单井和双井，双观察区的单井和双井等一系列出砂防砂试验。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采出砂防砂工艺试验，具体涉及一种可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置及方法。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，天然气水合物具有储量大、能量密度大和分布广的特点成为非常具有潜力的替代能源。目前全世界关于天然气水合物的研究及进展已进入到实际开采阶段。在实际开采阶段遇到十分严重的问题——砂堵，这成为目前制约天然气水合物长期可持续开采的关键问题。因此研究天然气水合物在开采过程中的出砂防砂问题显得尤为重要。
现有技术模拟装置不够灵活，只能模拟少数几种情况的水合物出砂防砂试验。装置各部分没有模块化使得装置复杂难以再做更多的实验设计方案。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置及方法，其反应釜系统具有组装设计灵活的特点，反应釜系统内的各反应釜组件可通过不同组合完成不同实验目的出砂防砂试验研究。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，包括反应釜系统、注水气砂系统，其特征在于，还包括气水砂分离计量系统、低温水浴夹套系统、支撑和安全系统以及软件记录分析系统，
所述注水气砂系统用于给所述反应釜系统提供气体、液体和砂，以在所述反应釜系统内形成天然气水合物；
所述反应釜系统设置于所述低温水浴夹套系统内，所述低温水浴夹套系统用于控制所述反应釜系统内的温度，以模拟天然气水合物储层的环境温度；
所述支撑和安全系统包括操作台，所述低温水浴夹套系统被以竖直或水平方式固定在所述操作台上，以模拟防砂筛管在天然气水合物储层储藏不同方位的出砂防砂试验；
所述操作台设有参数检测收集模块，所述参数检测收集模块通过若干传感器采集所述反应釜系统在模拟天然气水合物开采过程中的数据，
所述气水砂分离计量系统与所述反应釜系统的开采口连接以模拟天然气水合物开采过程中气水砂混合物的流入，并对气水砂混合物进行分离及计量，所述气水砂分离计量系统的计量数据传至所述参数检测收集模块；
所述软件记录分析系统与所述参数检测收集模块通信连接；
所述反应釜系统包括第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖，所述第一反应釜组件为一端开口一端封闭的圆柱壳体，所述第二反应釜组件和第三反应釜组件为两端开口的圆柱壳体，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件的圆柱壳体上均设有用于安装传感器的预留孔，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件还设有泄压口和排液口，所述第一反应釜组件和第三反应釜组件还设有注砂口、注水口、注气甲烷气口、开采口和观察口，所述封盖具有开采口；
第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖的任意组合可实现所述反应釜系统模拟单、双观察区，单、双井开采以及防砂筛管在天然气水合物储层储藏不同方位的出砂防砂试验。
进一步地，所述第一反应釜组件和所述第三反应釜组件还包括可移动活塞，所述第一反应釜组件的一端设有注氮气口，所述第三反应釜组件的圆柱壳体上开设有注氮气口，所述注氮气口用于注入气体驱动所述可移动活塞朝向所述反应釜系统内的填料方向运动，其中，所述第一反应釜组件设有一可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第一反应釜组件开口端移动，所述第三反应釜组件设有两可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第三反应釜组件两端移动。
进一步地，当所述反应釜系统用作无观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置且封盖位于底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统垂直布置且封盖位于顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验。
进一步地，当所述反应釜系统用作无观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由封盖、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第三反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验。
进一步地，当所述反应釜系统用作单观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和第一反应釜组件依次组装而成，靠近球阀的第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，远离球阀的第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置且球阀靠近顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，此时，远离球阀的第一反应釜组件等效为第三反应釜组件与封盖组合；所述反应釜系统垂直布置且球阀靠近底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验。
进一步地，当所述反应釜系统用作单观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖组成；具体地，
所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，其连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系和所述反应釜系统水平布置一致时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟水合物区。
进一步地，当所述反应釜系统用作双观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，具体地，所述反应釜系统水平布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统垂直布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验。
进一步地，当所述反应釜系统用作双观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖组成，具体地，
所述反应釜系统水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，分别对应模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，第三反应釜组件用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统水平布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的右侧的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的左侧到右侧：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的上方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的下方到上方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的下方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的上方到下方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，分别对应模拟的是水合物藏在防砂筛管上方和下方的筛管反向靠近出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的两端至中央：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口。
如上任一所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，进一步地，所述封盖包括半球形盖和平封盖，所述半球形盖用于所述反应釜系统垂直布置时，所述平封盖用于所述反应釜系统水平布置时，所述第三反应釜组件与所述封盖组装等效于所述第一反应釜组件。
进一步地，所述观察口包括观察口上透明视窗和观察口下透明视窗，以实现在天然气水合物开采过程中对反应釜系统各组件内出砂情况或变化情况进行实时查看。
进一步地，所述注水气砂系统包括氮气源、注水源、筛管填料、水合物填料和甲烷气源，所述氮气源与所述反应釜系统中的注氮气口连通，且其连通管道上设有氮气流量计、氮气压力计和氮气管道阀门；所述注水源与所述反应釜系统中的注水口连通，且其连通管道上设有注水流量计、注水压力计和水管道阀门；所述筛管填料与所述反应釜系统中的注砂口连通，且其连通管道上设有筛管填料天平和筛管填料注砂口盖子；所述水合物填料与所述反应釜系统中的的注砂口连通，且其连通管道上设有水合物填料天平和水合物填料注砂口盖子，筛管填料注砂口盖子和水合物填料注砂口盖子用于所述反应釜系统的注砂口的密封；甲烷气源与所述反应釜系统中的注甲烷气口连通，且其连通管道上设有甲烷气流量计、甲烷气压力计和甲烷气管道阀门。氮气源、注水源、筛管填料、水合物填料和甲烷气源分别与反应釜系统中的注氮气口、注水口、注砂口和注甲烷气口连通管道上均通过数据采集线连接有数据采集集线器，所述数据采集集线器用于实时数据采集。
进一步地，所述气水砂分离计量系统包括出砂粒径分离计量筒和集水量筒，所述出砂粒径分离计量筒的具有由出砂粗过滤网、出砂中过滤网和出砂细过滤网组成的过滤通道，过滤通道的入口端是与反应釜系统中的开采口连通且安装有开采出砂降压阀，过滤通道的出口端与集水量筒的入口端连接，集水量筒的出口端与气体收集罐的入口端连通，集水量筒与气体收集罐连通的管道上设有筒出气口流量计和量筒出气口压力计；出砂粗过滤网、出砂中过滤网和出砂细过滤网的下游分别设有相应的量筒，出砂粒径分离计量筒和集水量筒的底部均设有有可拧开的螺纹密封底盖。所述气水砂分离计量系统还包括监测摄像头，所述监测摄像头用于在气水砂分离过程中记录动态过程。所述气水砂分离计量系统还包括数据收集集线器，所述数据收集集线器用于采集摄像头监测、开采出砂降压阀、筒出气口流量计和量筒出气口压力计的数据。
进一步地，所述低温水浴夹套系统包括温控器和水夹套外壳，所述水夹套外壳具有控温水出口和控温水入口，控温水出口和控温水入口分别通过软管与温控器连接，所述温控器用于将由控温水出口流出水调温后流出至控温水入口；水夹套外壳设有与所述反应釜系统的预留孔和部分开口的预留孔柱。
进一步地，所述反应釜系统设有支撑螺母，所述水夹套外壳设有水夹套外壳固定螺母，所述操作台设有水平固定杆和垂直固定杆，水平固定杆和垂直固定杆均设有固定孔，通过固定件将支撑螺母、水夹套外壳固定螺母和固定孔连接将反应釜系统以竖直或水平方式固定在所述操作台上。
整个反应装置各个系统协作为：反应釜系统置于低温水浴夹套系统内，低温水浴夹套系统内置于支撑和安全系统之上；注气水砂系统提供气水砂给反应釜系统，反应釜系统开采出气水砂至气水砂分离系统；整个装置的数据收集及供电由支撑和安全系统负责，最后由支撑和安全系统内的集线器将数据传给软件记录系统实现数据查看，处理和分析；
反应釜系统中反应釜可根据不同实验条件和目的组合成不同反应釜；通过左右反应釜(第一反应釜组件)加封盖组合成实现水合物生成分解无筛管的反应釜；通过左右反应釜加反应釜配件加次左右反应釜(第二反应釜组件)和中央反应釜(第三反应釜组件)组合可做无观察区的单井和双井、单观察区的单井和双井和双观察区的单井和双井等一系列出砂防砂试验；左右反应釜(可充当左反应釜段或右反应釜段)和中央反应釜可充当水合物生成分解区和观察区，次左右反应釜加上两端滤网可充当防砂筛管区；
无观察区的单井出砂防砂试验的有三种组合方式，在第一种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第二种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；在第三种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；
无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式，在第一种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口(平封盖)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第二种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是开采出砂收集口(平封盖)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；其中水合物区的活塞根据要求决定是否放入，当要求水合物填料压实，可以放入活塞实现对水合物填料的压实，也可不放入活塞，对水合物填料预先压实从中央反应釜两侧开口放入；
单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式，在第一种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第三种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第四种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)和开采出砂收集口(半球形封盖)；
单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式，在第一种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段及开采出砂收集口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口(左反应釜段开采口)，出砂观察区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第三种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在这三种组合方式中第一种和第三种有两个防砂筛管区和两个开采出砂收集口是由于水合物开采过程中模拟出砂分别经过两个防砂筛管的出沙量；
双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式，在第一种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，开采出砂收集口(中央反应釜段左开采口)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段右开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和水合物区(左反应釜段)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，开采出砂收集口(中央反应釜段左开采口)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段右开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和水合物区(左反应釜段)；这两种组合方式很好的模拟了实际水合物开采过程中的水合物垂直井出砂和水平井出砂情况；
双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式，前两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置，反向远离出砂，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右和上下的筛管出砂防砂试验，这两种方式从中央反应釜至反应釜两端均依次为水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左右反应釜段)，开采出砂收集口(左右反应釜段开采口或半球形封盖)，根据水合物填料压实与否可选择中央反应釜活塞的有无；第三，四，五分别为反应釜水平布置，垂直布置和垂直布置，同向出砂，模拟依次是防砂筛管在水合物藏的右侧，上方，下方的出砂防砂试验，这三种方式分别从反应釜左端，下端和上端至反应釜另一段均依次为水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)，开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；最后两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置，反向靠近出砂，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右方和上下方的筛管出砂防砂试验，这两种方式从反应釜两端至中央反应釜均依次为水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右左反应釜段)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段左右开采口)。
一种天然气水合物模拟出砂防砂试验方法，其利用如上任一所述的模拟出砂防砂试验反应装置进行，包括以下步骤：
根据试验目的设计并组合反应釜系统，根据反应釜系统的不同组合形式在对应的反应釜组件内初步填充水合物填料，预留孔插入相应的传感器，所述传感器包括压力传感器、温度传感器和电阻传感器；
将注水气砂系统、气水砂分离计量系统的各接口接在反应釜系统的相应开口上，将反应釜系统以竖直或水平方式安装在低温水浴夹套系统中，将低温水浴夹套系统固定在所述操作台上；
检查反应釜系统和低温水浴夹套系统的气密性；
注水气砂系统将反应釜系统内填满相应的水合物填料，注水和甲烷气至出砂防砂试验的设定压力值后停止注水和注甲烷气，在此压力和低温水浴夹套系统提供的温度条件下天然气水合物逐渐生成，通过压力传感器监测其反应釜系统内的压力值变化，当压力值经一段时间后不再变化或变化小到设定值，此时天然气水合物已在反应釜系统内生成；
对开采口进行降压开采或注热开采，气水砂分离计量系统分别计量开采过程中的出砂出水产气量并对出砂进行分离；
待到开采产气量的压力值降至设定值且不再发生变化时，结束天然气水合物模拟开采，开采过程中的数据经支撑和安全系统传至软件记录分析系统。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：整个试验反应装置可以根据不同模拟出砂防砂试验合理组合达到固液气多相流研究和模拟计量出砂和优化防砂效果。
反应釜系统各个组件能根据实验目的进行多用途组合，具体地，反应釜系统由左右半反应釜，次左右反应釜段和中央反应釜段三部分和配件组成，三部分的各反应釜段由法兰连接固定，其中，左右半反应釜和中央反应釜段可以同时实现天然气水合物模拟开采出砂的观察及出砂计量功能、装填不同的多孔介质的填砂功能、模拟开采产沙水气功能和生成天然气水合物的初始注水气功能；次左右反应釜可以根据需要可以分别实现不同的观察、填砂、模拟开采、注水气等功能；此外，还配有平釜盖和半球形釜盖，可以使试验方案更加灵活实用。
本发明可以实现对试验过程中出砂防砂实施动态监测，分析在设计条件下模拟实际天然气水合物开采出砂防砂实验各个阶段的实验参数变化；根据不同温度、压力、筛管厚度和填料粒径等参数条件下，气液渗流析出时携带出的储层砂颗粒粒径和体积及气、液累计流量体积，在模拟实验中不同开采方案与不同防砂粒径等参数条件的出砂量、出砂规律与产气预测，为开采防砂技术提供实践和理论支撑。
附图说明
图1为本发明模拟出砂防砂试验反应装置的结构示意图；
图2为本发明反应釜系统的结构示意图，其中，图2(a)为左右反应釜，图2(b)为次左右反应釜，图2(c)为中央反应釜，图2(d)为反应釜的配件；
图3为注水气砂系统的结构示意图；
图4为气水砂分离计量系统的结构示意图；
图5为低温水浴夹套系统的结构示意图；
图6为支撑和安全系统的结构示意图；
图7为反应釜系统的简单组合及组件替换形式，其中，图7(a)为最简单的一种反应釜系统的组合形式，图7(b)为反应釜系统的组件替换形式；
图8为无观察区的单井出砂防砂试验的三种组合方式示意图；
图9是无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式示意图；
图10是单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式示意图；
图11是单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式示意图；
图12是双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式示意图；
图13是双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式示意图。
附图中：100、反应釜系统；200、注水气砂系统；300、气水砂分离计量系统；400、低温水浴夹套系统；500、支撑和安全系统；600、软件记录分析系统；
1、左右反应釜壁；2、注氮气口；3、可移动活塞；4、泄压口；5、副开采口；6、温压传感器预留孔；7、排液口；8、观察口下透明视窗；9、开采口；10、支撑螺母；11、法兰；12、注砂口；13、观察口上透明视窗；14、注水口；15、注甲烷气口；16、器件预留孔；17、次左右反应釜壁；18、中央反应釜壁；19、球阀；20、防砂筛管壁或井壁刚性隔网；21、平封盖；22、半球形盖；23、接注氮气口；24、接注水口；25、接注筛管砂口；26、接注水合物砂口；27、接注甲烷口；28、氮气管道阀门；29、水管道阀门；30、筛管填料注砂口盖子；31、水合物填料注砂口盖子；32、甲烷气管道阀门；33、注水气砂系统数据采集集线器；34、氮气流量计；35、氮气压力计；36、注水流量计；37、注水压力计；38、筛管填料天平；39、水合物填料天平；40、甲烷气流量计；41、甲烷气压力计；42、氮气源；43、注水源；44、筛管填料；45、水合物填料；46、甲烷气源；47、摄像头监测；48、出砂粒径分离计量筒；49、集水量筒；50、量筒密封盖；51、量筒出气口流量计；52、量筒出气口压力计；53、气体收集罐；54、气水砂分离计量数据收集集线器；55、出砂细过滤网；56、出砂中过滤网；57、出砂粗过滤网；58、开采出砂降压阀；59、接开采口端口；60、温控器；61、注氮气气预留孔柱；62、控温水出口；63、器件和传感器预留孔柱；64、釜壁上开孔预留孔柱；65、水夹套外壳固定螺母及反应釜预留孔柱；66、水夹套外壳；67、控温水进口；68、水夹套法兰连接；69、釜壁下开孔预留孔柱；70、软管连接；71、电源输出；72、配电箱/空气开关/继电器等安全联动装置；73、总集线器输入；74、各系统集线输入和电源输入；75、总集线输出；76、操作台；77、水平固定杆；78、反应釜传感器及器件集线；79、控温器集线；80、温控器电源；81、垂直固定杆；82、固定孔；83、操作台支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
本实施例中，为更清楚讲解本发明的反应釜系统的组合特点，第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件可分别称为左右反应釜、次左右反应釜和中央反应釜，反应釜系统可简称为反应釜。开采方法可根据需要选择降压开采或注热开采，其中，降压开采是目前主要的天然气水合物开采方法之一，是通过降低水合物层压力，使其低于水合物在该区域温度条件下相平衡压力，从而使水合物从固体分解相变产生甲烷气体的过程。降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快，因此，降压法是最有潜力的经济、有效的开采方式。注热开采，又称热激发开采法，是直接对天然气水合物层进行注热或加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。
本发明的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置包括：反应釜系统100，注水气砂系统200，气水砂分离计量系统300，低温水浴夹套系统400，支撑和安全系统500以及软件记录分析系统600。其中：
反应釜系统的左右反应釜壁1，次左右反应釜壁17和中央反应釜壁18三个釜段均为圆柱形管段且三管壁两侧有支撑螺母10和器件预留孔16和温压传感器预留孔6以实现反应釜结构的支撑作用和器件与参数信息的控制与收集；三釜段各部分由法兰11连接，且三釜段底部设有泄压口4，排液口7以实现对压缩空间内压力降低和釜内固液排出和釜段的清洗；左右反应釜壁1釜段为一端开口一端封闭，次左右反应釜壁17和中央反应釜壁18两釜段均为两端开口且各自镜像对称结构；左右反应釜和中央反应釜内的可移动活塞3均可拆卸，可移动活塞3作用是配合注氮气口2往内充氮气压实釜内填料。左右反应釜壁1和中央反应釜壁18上部均有注砂口12、注水口14、注甲烷气口15以实现往釜段内注砂水气；左右反应釜壁1和中央反应釜壁18上部和底部分别有观察口上透明视窗13和观察口下透明视窗8以实现在开采过程和实验过程中对釜段内出砂情况或釜内变化实时查看功能，且左右反应釜壁1和中央反应釜壁18均设有开采口9，左右反应釜壁1还设有副开采口；球阀19和防砂筛管壁或井壁刚性隔网20放置于充当水合物区和筛管填料区釜段之间以模拟实际水合物藏与井壁或筛管之间的隔开；平封盖21和半球形盖22在设计简单的出砂防砂实验中能有效封闭反应釜且两者在底部均有开采口可实现开采过程中出砂功能；半球形盖22可用于设计垂直反应装置实验中，利用半球形可充分收集出砂。
注水气砂系统中的氮气流量计34、氮气压力计35、注水流量计36；注水压力计37；筛管填料天平38、水合物填料天平39、甲烷气流量计40和甲烷气压力计41实现了对注水气砂的流量，压力和质量的计量且通过注水气砂系统数据采集集线器33可进行实时数据采集；氮气管道阀门28，水管道阀门29和甲烷气管道阀门32实现了对气体和液体的关断；筛管填料注砂口盖子30和水合物填料注砂口盖子31使反应釜密封；氮气源42和甲烷气源46由氮气瓶或甲烷气瓶和气体压缩机组成为反应釜提供设定压力的氮气和或甲烷气；注水源43由水箱内加符合实验要求的水来提供天然气水合物生成中的水合物和观察区内的水源供应；筛管填料44和水合物填料45根据实验研究可加入不同组分和类型的填料以达到实验研究以填料为变量筛选出合适的筛管填料和水合物藏砂质的优化及渗流等研究；接注氮气口23、接注水口24、接注筛管砂口25、接注水合物砂口26、接注甲烷口27分别对应接上反应釜系统中的注氮气口2、注水口14、筛管和水合物注砂口12、注甲烷气口15。
气水砂分离计量系统中的接开采口端口59与反应釜系统中的开采口9相连以实现模拟开采过程中气水砂的流入；开采出砂降压阀58使得流入分离筒内压力降低到合适范围适合气水砂分离；出砂粒径分离计量筒48收集出由出砂粗过滤网57，出砂中过滤网56和出砂细过滤网55过滤的粒径范围出砂；集水量筒49出砂过程中的产水量；出砂粒径分离计量筒48和集水量筒49底部均有可拧开的螺纹密封底盖实现实验结束出砂和出水的清理，集水量筒49底部还设有量筒密封盖50；开采过程中的产气量流经量筒出气口流量计51和量筒出气口压力计52最后进入气体收集罐53实现对气体的参数计量；在气水砂分离计量系统中的摄像头监测47可在气水砂分离过程中记录动态过程；摄像头监测47、开采出砂降压阀58、筒出气口流量计51和量筒出气口压力计的数据由气水砂分离计量数据收集集线器54收集。
低温水浴夹套系统由温控器60，软管连接70和水夹套外壳66三部分组成；温控器60可将由控温水出口62流出水经软管流入控温器60调温后再经软管流出至控温水进口67；水夹套外壳66内包含着实验反应釜，外壳与反应釜之间由注氮气预留孔柱61、器件和传感器预留孔柱63、釜壁上开孔预留孔柱64、水夹套外壳固定螺母及反应釜预留孔柱65和釜壁下开孔预留孔柱69共同支撑，并且预留孔柱使反应釜各接口能够不受水夹套外壳66阻挡；反应釜与水夹套外壳66之间的间隙填充控温水以达到模拟开采的低温要求；水夹套外壳66各部分分段构成，分段之间由水夹套法兰连接68密封。
支撑和安全系统由操作台76，各系统集线输入和电源输入74和总集线输出75三部分组成，也就是由支撑结构，参数检测收集和电源管理三大块；配电箱/空气开关/继电器等安全联动装置72汇集了各系统集线输入和电源输入74中的电源输入和电源输出71至各系统中如输出给温控器电源80来实现电源的管理；各系统集线输入和电源输入74中的各系统集线输入连至总集线器输入73经汇合后连至总集线输出75至电脑，由电脑软件记录分析实验数据和操控设备器件；各系统集线输入来自各系统如反应釜传感器及器件集线78和控温器集线79等；操作台76由水平固定杆77，垂直固定杆81和操作台支架83构成；水平固定杆77和垂直固定杆81开有固定孔82来和包含反应釜的支撑螺母10以及水夹套外壳固定螺母及反应釜预留孔柱65固定，这样就可以使包含反应釜的水浴夹套固定在操作台76上。
下面详细说明每一种组合方法的作用及模拟出砂防砂试验情况的说明。
如图7组合是反应釜最简单的组合，它是由左右反应釜壁1的左反应釜，防砂筛管壁或井壁刚性隔网20和半球形盖22或平封盖21组成；一般情况下水平布置时用平封盖21，垂直布置时用半球形盖22，这是因为这样可以使出砂充分收集；在此最简单的组合反应釜的左反应釜为水合物生成分解区，半球形盖22或平封盖21用来收集水合物分解过程中出砂并通过开采口流出；
在图7～13所有试验反应釜组合中，左反应釜段可以与中央反应釜加平封盖21的组合等效互相替代，这是因为中央反应釜壁18具有左右反应釜壁1的所有注入、观察、开采口；图8～13中箭头的方向代表水合物分解过程中出砂流动方向；以次左右反应釜壁17两段开口左右加防砂筛管壁或井壁刚性隔网20来模拟防砂筛管。
如图8是无观察区的单井出砂防砂试验的三种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图8(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图8(b))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中((图8(c))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口。
如图9是无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图9(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图9(b))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是开采出砂收集口，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；其中水合物区的活塞根据要求决定是否放入，当要求水合物填料压实，可以放入活塞实现对水合物填料的压实，也可不放入活塞，对水合物填料预先压实从中央反应釜两侧开口放入。
如图10是单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图10(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图10(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中(图10(c))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第四种组合方式中(图10(d))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口。
如图11是单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图11(a))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图11(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口，出砂观察区，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中(图11(c))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在这三种组合方式中第一种和第三种有两个防砂筛管区和两个开采出砂收集口是由于水合物开采过程中模拟出砂分别经过两个防砂筛管。
如图12是双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图12(a))，为水平布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，开采出砂收集口，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和水合物区；在第二种组合方式中(图12(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，开采出砂收集口，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和水合物区；这两种组合方式很好的模拟了实际水合物开采过程中的水合物垂直井出砂和水平井出砂情况。
如图13是双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式，从左至右依次说明，从上到下依次说明：前两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置(图13(a))，反向远离出砂，分别模拟的是防砂筛管在水合物藏左右和水合物藏的上下的筛管出砂防砂试验，这两种方式从中央反应釜至反应釜两端均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，根据水合物填料压实与否可选择中央反应釜活塞的有无；第三，四，五分别为反应釜水平布置，垂直布置和垂直布置，同向出砂，模拟依次是防砂筛管在水合物藏的右侧，上方，下方的出砂防砂试验(图13(b))，这三种方式分别从反应釜左端，下端和上端至反应釜另一端均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口；最后两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置(图13(c))，反向靠近出砂，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右方和上下方的筛管出砂防砂试验，这两种方式从反应釜两端至中央反应釜均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口。
本发明创造具有模块化特点，将模拟天然气水合物开采出砂防砂试验划分为反应釜系统，注气水砂系统，气水砂分离计量系统，低温水浴夹套系统，支撑和安全系统。反应釜系统中反应釜可根据不同实验条件和目的组合成不同反应釜；反应釜主要包括：左右反应釜，次左右反应釜，中央反应釜和封盖。通过左右反应釜加封盖组合成实现水合物生成分解无筛管的反应釜；通过左右反应釜加反应釜配件(阀门，封盖，筛网等)加次左右反应釜和中央反应釜组合可模拟无观察区的单井和双井、单观察区的单井和双井，双观察区的单井和双井等一系列出砂防砂试验；其中左右反应釜和中央反应釜可充当水合物生成分解区和观察区，次左右反应釜加上两端滤网可充当防砂筛管区。支撑架的水平和垂直可模拟垂直和水平出砂防砂试验。
下面结合图2，图3，图4，图5，图6详细说明本发明的不同反应釜组合的一种天然气水合物模拟出砂防砂试验方法。
根据试验目的设计并组合：首先根据实验目的设计并组装好反应釜，这里以单观察区的双井模拟开采出砂防砂实验为例：根据该实验要求图7为其反应釜系统的配置组装方式；反应釜系统内的反应釜段充当不同区功能说明如下：左反应釜段内腔充当开采出砂观察区，此时左端的注氮气口2在排尽空气后封闭，此时可移动活塞3在左反应釜段紧贴左侧内釜壁；次左右反应釜内填充筛管防砂填料且两侧加防砂筛管壁或井壁刚性隔网20；中央反应釜两端与球阀19相连，且釜内两端空间填充水合物填料，中心为注入氮气压缩两侧水合物填料；最右端平封盖使整个反应釜内部密封；将温度和压力传感器分别插入到反应釜的温压传感器预留孔6中，对于器件预留孔我们可以选择在左反应釜插入测量电阻传感器以测量观察区的电阻变换；将注水气砂系统、气水砂分离计量系统各接口接在相应反应釜的开口上；根据图7组装好装置后将整个反应釜装入水浴夹套系统中，再由水夹套外壳固定螺母65和反应釜固定螺母10共同组装固定在支撑和安全系统中的水平支架上。
检查装置气密性：组装好反应釜及低温水浴水夹套系统后使用注氮气对反应釜段内密闭空间进行检漏和排气；关闭釜壁各进出口将左反应釜和中央反应釜注气口注入氮气至一定压力一段时间不变后可认为反应釜气密性良好。
加料加气控温控压：使用注水气砂系统将反应釜内填满相应填料，关闭盖子注水和甲烷气至实验高压后关闭注水和注气阀门，在此高压和水浴夹套提高的低温条件下水合物开始逐渐生成，通过压力传感器监测其压力变化，当压力经一段时间后不再变化或变化很小可以认为水合物已在反应釜内生成。
开采计量数据收集：此时准备进行开采出砂模拟，将气水砂分离系统接开采口端口59；开启开采口观察区的开采口9和平封盖底部的开采口进行降压开采，在分别计量开采过程中的出砂出水产气量；开采过程中调节开采出砂降压阀58，使出砂由出砂粗过滤网57，出砂中过滤网56；出砂细过滤网55被出砂粒径分离计量筒48收集不同粒径大小出砂；开采过程中的产气量流经量筒出气口流量计51和量筒出气口压力计52最后进入气体收集罐53实现对气体的参数计量；在气水砂分离计量系统中的摄像头监测47可在气水砂分离过程中记录动态过程；摄像头监测47、开采出砂降压阀58、量筒出气口流量计51和量筒出气口压力计的数据由气水砂分离计量数据收集集线器54收集。
拆分装置和分析数据：待到开采产气量压力降至较低值且不再发生变化可以认为水合物模拟开采已经结束；过程中传感器信息采集经过各系统集线输入74和总集线输入73至集线器经信号处理至总集线器输出75至电脑，使用操作软件实时监测记录分析数据；实验结束后，关闭实验设备电源，先进行反应釜降压放气，残留气体由气罐收集；打开反应釜进行清理填料操作。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，包括反应釜系统、注水气砂系统，其特征在于，还包括气水砂分离计量系统、低温水浴夹套系统、支撑和安全系统以及软件记录分析系统，
所述注水气砂系统用于给所述反应釜系统提供气体、液体和砂，以在所述反应釜系统内形成天然气水合物；
所述反应釜系统设置于所述低温水浴夹套系统内，所述低温水浴夹套系统用于控制所述反应釜系统内的温度，以模拟天然气水合物储层的环境温度；
所述支撑和安全系统包括操作台，所述低温水浴夹套系统被以竖直或水平方式固定在所述操作台上，以模拟防砂筛管在天然气水合物储层储藏不同方位的出砂防砂试验；
所述操作台设有参数检测收集模块，所述参数检测收集模块通过若干传感器采集所述反应釜系统在模拟天然气水合物开采过程中的数据，
所述气水砂分离计量系统与所述反应釜系统的开采口连接以模拟天然气水合物开采过程中气水砂混合物的流入，并对气水砂混合物进行分离及计量，所述气水砂分离计量系统的计量数据传至所述参数检测收集模块；
所述软件记录分析系统与所述参数检测收集模块通信连接；
所述反应釜系统包括第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖，所述第一反应釜组件为一端开口一端封闭的圆柱壳体，所述第二反应釜组件和第三反应釜组件为两端开口的圆柱壳体，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件的圆柱壳体上均设有用于安装传感器的预留孔，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件还设有泄压口和排液口，所述第一反应釜组件和第三反应釜组件还设有注砂口、注水口、注气甲烷气口、开采口和观察口，所述封盖具有开采口；
第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖的任意组合可实现所述反应釜系统模拟单、双观察区，单、双井开采以及防砂筛管在天然气水合物储层储藏不同方位的出砂防砂试验。
2.根据权利要求1所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，所述第一反应釜组件和所述第三反应釜组件还包括可移动活塞，所述第一反应釜组件的一端设有注氮气口，所述第三反应釜组件的圆柱壳体上开设有注氮气口，所述注氮气口用于注入气体驱动所述可移动活塞朝向所述反应釜系统内的填料方向运动，其中，所述第一反应釜组件设有一可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第一反应釜组件开口端移动，所述第三反应釜组件设有两可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第三反应釜组件两端移动。
3.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作无观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置且封盖位于底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统垂直布置且封盖位于顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验。
4.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作无观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由封盖、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第三反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验。
5.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作单观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和第一反应釜组件依次组装而成，靠近球阀的第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，远离球阀的第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；具体地，所述反应釜系统垂直布置且球阀靠近顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，此时，远离球阀的第一反应釜组件等效为第三反应釜组件与封盖组合；所述反应釜系统垂直布置且球阀靠近底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验。
6.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作单观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖组成；具体地，
所述反应釜系统水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，其连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系和所述反应釜系统水平布置一致时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟水合物区。
7.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作双观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，具体地，所述反应釜系统水平布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜系统垂直布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验。
8.根据权利要求2所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，当所述反应釜系统用作双观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜系统由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖组成，具体地，
所述反应釜系统水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，分别对应模拟的是防砂筛管在水合物藏左右方和上下方的筛管出砂防砂试验，第三反应釜组件用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区，封盖用于模拟开采出砂收集口；
所述反应釜系统水平布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的右侧的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的左侧到右侧：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的上方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的下方到上方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物藏的下方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的上方到下方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；
所述反应釜系统水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，分别对应模拟的是水合物藏在防砂筛管上方和下方的筛管反向靠近出砂的出砂防砂试验，从反应釜系统的两端至中央：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口。
9.根据权利要求1-8任一所述的可拆分式天然气水合物模拟出砂防砂试验反应装置，其特征在于，所述封盖包括半球形盖和平封盖，所述半球形盖用于所述反应釜系统垂直布置时，所述平封盖用于所述反应釜系统水平布置时，所述第三反应釜组件与所述封盖组装等效于所述第一反应釜组件。
10.一种天然气水合物模拟出砂防砂试验方法，其利用如权利要求1-9任一所述的模拟出砂防砂试验反应装置进行，包括以下步骤：
根据试验目的设计并组合反应釜系统，根据反应釜系统的不同组合形式在对应的反应釜组件内初步填充水合物填料，预留孔插入相应的传感器，所述传感器包括压力传感器、温度传感器和电阻传感器；
将注水气砂系统、气水砂分离计量系统的各接口接在反应釜系统的相应开口上，将反应釜系统以竖直或水平方式安装在低温水浴夹套系统中，将低温水浴夹套系统固定在所述操作台上；
检查反应釜系统和低温水浴夹套系统的气密性；
注水气砂系统将反应釜系统内填满相应的水合物填料，注水和甲烷气至出砂防砂试验的设定压力值后停止注水和注甲烷气，在此压力和低温水浴夹套系统提供的温度条件下天然气水合物逐渐生成，通过压力传感器监测其反应釜系统内的压力值变化，当压力值经一段时间后不再变化或变化小到设定值，此时天然气水合物已在反应釜系统内生成；
对开采口进行降压开采，气水砂分离计量系统分别计量开采过程中的出砂出水产气量并对出砂进行分离；
待到开采产气量的压力值降至设定值且不再发生变化时，结束天然气水合物模拟开采，开采过程中的数据经支撑和安全系统传至软件记录分析系统。
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