CN113719279A - 一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法，其包括：反应釜系统，用于模拟含下伏游离气天然水合物储层；供气系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注气；供水系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注水；温控系统，与所述反应釜系统连接，用于控制所述反应釜系统内的温度及压力；数据监测系统，与所述反应釜系统连接，用于监测所述反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至所述温控系统。本发明可在开采前对含下伏游离气的天然气水合物储层模拟，以体现实际储层的气相和水合物相分布状态，为评估水合物储层天然气储量及开采经济效益提供数据基础。

Description

一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采实验模拟领域，特别是关于一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法。

背景技术

原状的水合物沉积物岩芯获取难度较大，成本高。在钻孔取芯过程中，载荷的变化会造成沉积物结构的扰动；温度和压力的改变会使部分水合物分解。取得的岩芯不能真实反应水合物沉积物储层条件。而实验室人工合成水合物沉积物试样具有参数可控性、成本低等特点。在实验室里，根据我国海域及冻土区域的地热、地貌及沉积条件等参数资料，可以控制沉积物的颗粒级配、初始孔隙率、水合物生成温度、压力及饱和度等参数，进而模拟自然界中天然气水合物沉积物储层环境制备试样。获得的实验参数与储层的实际情况很接近，可以用来指导水合物的安全开采。近年来，国内外许多研究机构进行了天然气水合物沉积物的实验模拟工作，并能在反应釜内进行相平衡、渗透率、产气量等相关参数的测量。

在进行天然气水合物开采模拟时，水合物样品对实验模拟结果的影响很大，其中气相分布对产气的影响尤为明显。因此，在进行水合物开采模拟实验研究之前，合成具有代表性的高饱和度水合物样品、还原储层中气、水和水合物的分布状态意义重大。

目前，天然气水合物沉积层赋存类型主要分为三种，如图1a至图1c所示。不同天然气水合物储层有不同的产气特性，掌握含下伏游离气天然气水合物储层的产气特性，能够为评估水合物储层天然气储量及开采经济效益提供数据基础。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法，其可在开采前对含下伏游离气的天然气水合物储层模拟，以体现实际储层的气相和水合物相分布状态，为评估水合物储层天然气储量及开采经济效益提供数据基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置，其包括：反应釜系统，用于模拟含下伏游离气天然水合物储层；供气系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注气；供水系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注水；温控系统，与所述反应釜系统连接，用于控制所述反应釜系统内的温度及压力；数据监测系统，与所述反应釜系统连接，用于监测所述反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至所述温控系统。

进一步，所述反应釜系统包括：上级反应釜、下级反应釜、管线和阀门；所述上级反应釜底部与所述下级反应釜的顶部通过所述管线串联连接，所述管线上设置有所述阀门。

进一步，所述上级反应釜内填充有多孔介质，所述上级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成水合物储层，所述水合物储层内设置有第一防砂系统和所述数据监测系统；所述上级反应釜的顶部设置有开采井，所述开采井的底端与所述第一防砂系统连接，所述上级反应釜与所述温控系统连接，所述上级反应釜的底部与所述管线的第一端连接。

进一步，所述下级反应釜内填充有多孔介质，所述下级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，所述下伏气水储层内设置有第二防砂系统和所述数据监测系统；所述管线的第二端管线与所述第二防砂系统连接，所述下级反应釜与所述温控系统连接。

进一步，所述数据监测系统包括温度传感器、压力传感器和电阻率传感器；用于监测反应釜系统内的温度、压力及电阻率，并传输至所述温控系统，所述温控系统根据接收到的数据控制所述反应釜系统内的温度及压力。

进一步，所述上级反应釜设置为2个以上，各所述上级反应釜分别通过所述管线与所述下级反应釜的顶部连接。

进一步，所述下级反应釜设置2个以上，各所述下级反应釜的顶部分别通过所述管线与所述上级反应釜的底部连接；或者各所述下级反应釜之间以串联的方式连接后，再分别通过所述管线与所述上级反应釜的底部连接。

一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟方法，其包括：设置反应釜系统的步骤，由所述反应釜系统模拟含下伏游离气天然水合物储层；设置供气系统的步骤，将所述供气系统与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注气；设置供水系统的步骤，将所述供水系统与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注水；设置温控系统的步骤，将所述温控系统与所述反应釜系统连接，用于控制所述反应釜系统内的温度及压力；设置数据监测系统的步骤，将所述数据监测系统与所述反应釜系统连接，用于监测所述反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至所述温控系统。

进一步，所述反应釜系统包括：上级反应釜、下级反应釜、管线和阀门；所述上级反应釜底部与所述下反应釜的顶部通过所述管线连接，所述管线上设置有所述阀门。

进一步，所述上级反应釜内填充有多孔介质，所述上级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成水合物储层，并由所述温控系统控制所述上级反应釜内的温度和压力；

所述下级反应釜内填充有多孔介质，所述下级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，并由所述温控系统控制所述下级反应釜内的温度和压力，且所述下级反应釜内的温度要高于所述上级反应釜内的温度，所述下级反应釜内的压力与所述上级反应釜内的压力接近。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明采用多个反应釜串联的方式模拟含下伏游离气的天然气水合物储层，可避免在同一个反应釜中同时制备水合物层和气水层时，气水层也会形成水合物的问题，具有较好的灵活性和可操作性。

2、本发明对开采前的含下伏游离气天然气水合物储层进行模拟，以体现实际储层的气相和水合物相分布状态，为评估水合物储层天然气储量及开采经济效益提供数据基础。

附图说明

图1a是现有的的天然气水合物第一种储藏方式示意图；

图1b是现有的的天然气水合物第二种储藏方式示意图；

图1c是现有的的天然气水合物第三种储藏方式示意图；

图2是本发明的水合物储层模拟方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置及方法，模拟装置包括温控系统3、反应釜系统、供水供气系统1、数据监测系统4、开采井8和防砂系统，模拟时需在上级反应釜5中制备水合物储层，在下级反应釜6中制备气水储层。该方法可避免在同一个反应釜中同时制备水合物储层和气水储层时，气水储层也会形成水合物的问题。能够实现对含下伏游离气的天然气水合物储层模拟，具有较好的灵活性和可操作性。

在本发明一实施例中，如图2所示，提供一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置，其包括：

反应釜系统，用于模拟含下伏游离气天然水合物储层；

供气系统1，与反应釜系统连接，用于向反应釜系统注气；

供水系统2，与反应釜系统连接，用于向反应釜系统注水；

温控系统3，与反应釜系统连接，用于控制反应釜系统内的温度及压力；

数据监测系统4，与反应釜系统连接，用于监测反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至温控系统3。

上述实施例中，反应釜系统包括上级反应釜5、下级反应釜6、管线7和阀门。上级反应釜5底部与下级反应釜6的顶部通过管线7串联连接，管线7上设置有阀门。

在本实施例中，将上级反应釜5和下级反应釜6用管线7串联起来，并在管线7上设置阀门。开采时，打开上级反应釜5和下级反应釜6之间的阀门，对开采井8产出的气液进行回收和气液分离；并采用气相色谱仪分析产出气的组分。

优选的，上级反应釜5内填充有多孔介质，上级反应釜5的侧壁与供气系统1和供水系统2连接通过供气系统1和供水系统2向多孔介质内注入水和气构成水合物储层，水合物储层内设置有第一防砂系统9和数据监测系统4。

在本实施例中，可以在上级反应釜5内填充石英砂、高岭土或者原位海洋土等多孔介质，通过填充多孔介质前将其润湿或者填充后由供水系统2注入水等方式提供合成水合物所需的水，由供气系统1注入甲烷或者天然气，通过温控系统3控制温度和压力，合成水合物储层。

上级反应釜5的顶部设置有开采井8，开采井8的底端与第一防砂系统9连接，上级反应釜5与温控系统3连接，由温控系统3控制其内的压力和温度；上级反应釜5的底部与管线7的第一端连接。

优选的，下级反应釜6内填充有多孔介质，下级反应釜6的侧壁与供气系统1和供水系统2连接通过供气系统1和供水系统2向多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，下伏气水储层内设置有第二防砂系统10和数据监测系统4。

在本实施例中，可以在下级反应釜6内填充多孔介质、由供气系统1和供水系统2注入气(气体可选择氮气，以区别水合物合成气)和水，通过温控系统3控制下级反应釜6内的温度稍高于上级反应釜5内的温度，压力与上级反应釜5接近，保证不生成水合物，形成下伏气水储层。

管线7的第二端管线7与第二防砂系统10连接，下级反应釜6与温控系统3连接，由温控系统3控制其内的温度和压力。

上述实施例中，数据监测系统4包括温度传感器、压力传感器和电阻率传感器；用于监测反应釜系统内的温度、压力及电阻率，并传输至温控系统3，温控系统3根据接收到的数据控制反应釜系统内的温度及压力。

上述实施例中，上级反应釜5设置为2个以上，与上级反应釜5对应的部件设置数量与上级反应釜5相同；各上级反应釜5分别通过管线7与下级反应釜6的顶部连接。使用时，用以模拟气水储层供气量有限时进行多点位水合物层开采，探究产气产水规律。

上述实施例中，下级反应釜6设置2个以上，与下级反应釜6对应的部件设置数量与下级反应釜6相同；各下级反应釜6的顶部分别通过管线7与上级反应釜5的底部连接；或者各下级反应釜6之间以串联的方式连接后，再分别通过管线7与上级反应釜5的底部连接。使用时，用以模拟不同层位和条件的气水储层对水合物层开采井8产气的影响。

在本发明的一实施例中，提供一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟方法，其包括：

设置反应釜系统的步骤，由反应釜系统模拟含下伏游离气天然水合物储层；

设置供气系统1的步骤，将供气系统1与反应釜系统连接，用于向反应釜系统注气；

设置供水系统2的步骤，将供水系统2与反应釜系统连接，用于向反应釜系统注水；

设置温控系统3的步骤，将温控系统3与反应釜系统连接，用于控制反应釜系统内的温度及压力；

设置数据监测系统4的步骤，将数据监测系统4与反应釜系统连接，用于监测反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至温控系统3。

上述实施例中，反应釜系统包括上级反应釜5、下级反应釜6、管线7和阀门；上级反应釜5底部与下反应釜的顶部通过管线7连接，管线7上设置有阀门。

上述实施例中，上级反应釜5内填充有多孔介质，上级反应釜5的侧壁与供气系统1和供水系统2连接通过供气系统1和供水系统2向多孔介质内注入水和气构成水合物储层，并由温控系统3控制上级反应釜5内的温度和压力；

下级反应釜6内填充有多孔介质，下级反应釜6的侧壁与供气系统1和供水系统2连接通过供气系统1和供水系统2向多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，并由温控系统3控制下级反应釜6内的温度和压力，且下级反应釜6内的温度要高于上级反应釜5内的温度，下级反应釜6内的压力与上级反应釜5内的压力接近。

本实施例提供的模拟方法是基于上述各模拟装置实施例实现的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

综上，本发明采用串联式的反应釜结构，以模拟含下伏游离气的天然气水合物储层。将气、水两相区设置在下级反应釜6中，将水合物层设置在上级反应釜5中，可分开进行温度控制；并且在储层模拟时，在上级反应釜5合成甲烷或者天然气水合物，在下级反应釜6制备气水层时采用氮气，以此实现储层开采时可通过分析气相组分得知气体来源，厘清水合物层产气和气水层产气分别对总产气量的贡献。本发明可避免在同一个反应釜中同时制备水合物层和气水层时，气水层也会形成水合物的问题。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟装置，其特征在于，包括：

反应釜系统，用于模拟含下伏游离气天然水合物储层；

供气系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注气；

供水系统，与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注水；

温控系统，与所述反应釜系统连接，用于控制所述反应釜系统内的温度及压力；

数据监测系统，与所述反应釜系统连接，用于监测所述反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至所述温控系统。

2.如权利要求1所述水合物储层模拟装置，其特征在于：所述反应釜系统包括：上级反应釜、下级反应釜、管线和阀门；

所述上级反应釜底部与所述下级反应釜的顶部通过所述管线串联连接，所述管线上设置有所述阀门。

3.如权利要求2所述水合物储层模拟装置，其特征在于：所述上级反应釜内填充有多孔介质，所述上级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成水合物储层，所述水合物储层内设置有第一防砂系统和所述数据监测系统；

所述上级反应釜的顶部设置有开采井，所述开采井的底端与所述第一防砂系统连接，所述上级反应釜与所述温控系统连接，所述上级反应釜的底部与所述管线的第一端连接。

4.如权利要求2所述水合物储层模拟装置，其特征在于：所述下级反应釜内填充有多孔介质，所述下级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，所述下伏气水储层内设置有第二防砂系统和所述数据监测系统；

所述管线的第二端管线与所述第二防砂系统连接，所述下级反应釜与所述温控系统连接。

5.如权利要求1所述水合物储层模拟装置，其特征在于：

所述数据监测系统包括温度传感器、压力传感器和电阻率传感器；用于监测反应釜系统内的温度、压力及电阻率，并传输至所述温控系统，所述温控系统根据接收到的数据控制所述反应釜系统内的温度及压力。

6.如权利要求2所述水合物储层模拟装置，其特征在于：所述上级反应釜设置为2个以上，各所述上级反应釜分别通过所述管线与所述下级反应釜的顶部连接。

7.如权利要求1所述水合物储层模拟装置，其特征在于：所述下级反应釜设置2个以上，各所述下级反应釜的顶部分别通过所述管线与所述上级反应釜的底部连接；或者各所述下级反应釜之间以串联的方式连接后，再分别通过所述管线与所述上级反应釜的底部连接。

8.一种串联式含下伏游离气水合物储层模拟方法，其特征在于，包括：

设置反应釜系统的步骤，由所述反应釜系统模拟含下伏游离气天然水合物储层；

设置供气系统的步骤，将所述供气系统与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注气；

设置供水系统的步骤，将所述供水系统与所述反应釜系统连接，用于向所述反应釜系统注水；

设置温控系统的步骤，将所述温控系统与所述反应釜系统连接，用于控制所述反应釜系统内的温度及压力；

设置数据监测系统的步骤，将所述数据监测系统与所述反应釜系统连接，用于监测所述反应釜系统内的状态，并将监测的状态数据传输至所述温控系统。

9.如权利要求8所述水合物储层模拟方法，其特征在于，所述反应釜系统包括：上级反应釜、下级反应釜、管线和阀门；所述上级反应釜底部与所述下反应釜的顶部通过所述管线连接，所述管线上设置有所述阀门。

10.如权利要求9所述水合物储层模拟方法，其特征在于，所述上级反应釜内填充有多孔介质，所述上级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成水合物储层，并由所述温控系统控制所述上级反应釜内的温度和压力；

所述下级反应釜内填充有多孔介质，所述下级反应釜的侧壁与所述供气系统和所述供水系统连接通过所述供气系统和所述供水系统向所述多孔介质内注入水和气构成下伏气水储层，并由所述温控系统控制所述下级反应釜内的温度和压力，且所述下级反应釜内的温度要高于所述上级反应釜内的温度，所述下级反应釜内的压力与所述上级反应釜内的压力接近。

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