CN115405263A - 一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法，涉及天然气水合物藏开采实验技术领域，包括：控温箱；天然气水合物藏模拟结构，设置于控温箱内，包括模拟箱，模拟箱内设置有一个主井筒和多个分支井筒，主井筒和分支井筒上均布有多个通孔，分支井筒内螺纹连接有调节螺栓，调节螺栓能够封堵通孔；注入结构，与天然气水合物藏模拟结构连接；气水产量采集结构，与模拟箱连接；压力采集结构和流量采集结构；控制单元，与控温箱、泵、压力采集结构和流量采集结构连接；该装置能够通过调节螺栓能够调节分支井筒参与实验的数量和长度，使得该装置能够模拟真实的多分支水平井天然气水合物藏开采方式并进行实验数据的采集。
Description
技术领域
本发明属于天然气水合物开采实验技术领域，更具体地，涉及一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法。
背景技术
天然气水合物由于分布广、储量大、分解后的气体燃烧后无污染而受到广泛关注。天然气水合物是甲烷、乙烷等客体分子与水分子在低温高压条件下形成的结晶状固体化合物。目前，对天然气水合物水平井开采的物理实验研究方面已经有较多的研究。
2014年，冯景春等人，在水合物三维实验模拟平台中进行了垂直井和水平井降压开采实验，获得了两种布井方式的产气、产水、温度变化和三维温度空间分布情况。研究表明，在该实验条件下，利用水平井开采水合物的平均产气速率是垂直井的1.48倍，但水平井开采的产水量较大，垂直井开采的产水量则很小。
2020年，吴能友等人，在海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望中提出，从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度，结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果，分析了潜在的水合物增产技术，提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明：①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径，其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面；②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本，基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造，能从量级尺度提高水合物的产能。以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等，是实现水合物产能量级提升的关键。
综上所述，多分支井是开采天然气水合物大幅提高单井产能的技术方向，目前已公布的天然气水合物水平井开采方面的文献对天然气水合物的水平井物理实验模拟和产水产气特征进行了研究，对分支井开采水合物开采方法等进行了研究。但是，对天然气水合物多分支水平井的分支数量和分支井筒长度的优化模拟研究较少，尤其缺少分支井开采天然气水合物分支井筒数量和长度的物理模拟装置和方法。
我国在南海神狐海域的第二次天然气水合物藏试采证明了采用水平井大幅提高天然气水合物藏产能的技术可行性，多分支水平井相比于水平井可以更大幅度地提高渗流面积，因而也更具应用潜力。然而，多分支水平井在矿场应用过程中往往根据实际需求添加分支或封堵分支，目前在室内实验方面尚未建立相关实验装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法，该装置能够通过模拟箱内的主井筒和分支井筒模拟多分支水平井天然气水合物藏开采方式，通过调节螺栓能够调节分支井筒参与实验的数量和长度，使得该装置能够模拟真实的多分支水平井天然气水合物藏开采方式并进行实验数据的采集，为天然气水合物藏得高产开发提供了技术支撑。
为了实现上述目的，本发明提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，包括：
控温箱；
天然气水合物藏模拟结构，设置于所述控温箱内，包括模拟箱，所述模拟箱内设置有一个主井筒和多个分支井筒，所述主井筒和所述分支井筒上均布有多个通孔，所述分支井筒内螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓能够封堵所述通孔；
注入结构，与所述天然气水合物藏模拟结构连接，包括高压水容器、高压甲烷容器和泵，所述泵能够将所述高压水容器和所述高压甲烷容器内的水和甲烷注入所述模拟箱内；
气水产量采集结构，与所述模拟箱连接；
压力采集结构和流量采集结构，设置于所述注入结构与所述天然气水合物藏模拟结构之间的连接管线上；
控制单元，与所述控温箱、所述泵、所述压力采集结构和所述流量采集结构连接。
可选地，所述模拟箱包括箱体，所述箱体内设置有密闭的空腔，所述主井筒和所述分支井筒设置在所述空腔内，所述空腔内填充有石英砂。
可选地，所述箱体为矩形箱体，所述主井筒设置于所述箱体中部并与所述箱体的长边平行，所述分支井筒垂直于所述主井筒并与所述主井筒连通，所述分支井筒的一端穿设在所述箱体的长边的箱壁内，所述调节螺栓的一端穿设在所述分支井筒的所述一端内，所述调节螺栓的另一端设置在所述箱体的外侧，所述调节螺栓可旋入所述分支井筒内并将所述分支井筒上的通孔全部封堵。
可选地，所述注入结构还包括六通阀，所述泵通过第一管线和第二管线分别与所述高压水容器的一端和所述高压甲烷容器的一端连接，所述高压水容器的另一端和所述高压甲烷容器的另一端分别通过第三管线和第四管线与所述六通阀连接，所述第四管线上设置有第一质量流量控制器，所述第一质量流量控制器与所述控制单元连接，所述六通阀通过第五管线与所述模拟箱连接。
可选地，所述气水产量采集结构包括气液分离器，所述气液分离器的一端通过第六管线与所述模拟箱连接，所述第六管线上设置有回压阀，所述气水分离器的另一端上连接有第七管线，所述第七管线上设置有第二质量流量控制器。
可选地，所述压力采集结构包括压力传感器，所述注入结构上连接有第八管线，所述压力传感器设置在所述第八管线上并与所述控制单元连接。
可选地，所述流量采集结构包括多个第九管路，多个所述第九管路连接在所述模拟箱下侧，每个所述第九管路上设置有一个二通阀，每个所述二通阀上连接有一个温压传感器，所述温压传感器与所述控制单元连接。
本发明还提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，利用上述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，该方法包括：
步骤一、在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型；
步骤二、将所述天然气水合物藏模型静置设定时长并监测所述天然气水合物藏模型的静置后温度值和静置后压力值；
步骤三、根据所述静置后温度值和所述静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度；
步骤四、对所述天然气水合物藏模型进行降压开采并通过气水产量采集结构监测产气量和产水量；
步骤五、改变参与实验的分支井筒的数量和/或分支井筒的长度并返回步骤一。
可选地，所述在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型包括：
在模拟箱内填满石英砂；
将所述模拟箱抽真空；
通过控温箱设定所述天然气水合物藏模拟结构的实验温度值；
利用注入结构向所述模拟箱内注水直至饱和并计算所述天然气水合物藏模型的孔隙体积和孔隙度；
利用注入结构向所述模拟箱内注入甲烷气直至在所述模拟箱内形成所述天然气水合物藏模型。
可选地，所述根据所述静置后温度值和所述静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度包括：
分别利用公式一和公式二计算所述转化为水合物的甲烷气体积和所述水合物的饱和度，所述公式一为：
其中，T1为水合物生成之前所述天然气水合物藏模型的温度；T2为水合物生成之后所述天然气水合物藏模型的温度；P1为水合物生成之前所述天然气水合物藏模型的压力；P2为水合物生成之后所述天然气水合物藏模型的压力；Vw1为T1和P1下水的体积；Z1为T1和P1下甲烷气的压缩因子；Z2为T2和P2下甲烷气的压缩因子；Vgs1为水合物生成之前所述天然气水合物藏模型中的甲烷气在标况下的体积；ρw为水的密度；ρh为水合物的密度；ρc为甲烷气的密度；Vgs为转化为水合物的甲烷气体积；
所述公式二为：
其中，Sh为水合物的饱和度；V为所述天然气水合物藏模型的孔隙体积。
本发明提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法，其有益效果在于：
1、该装置能够通过模拟箱内的主井筒和分支井筒模拟多分支水平井天然气水合物藏开采方式，通过调节螺栓能够调节分支井筒参与实验的数量和长度，使得该装置能够模拟真实的多分支水平井天然气水合物藏开采方式并进行实验数据的采集，为天然气水合物藏得高产开发提供了技术支撑；
2、该装置结构简单、成本低廉、实验过程简单直观。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置的模拟箱的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置的调节螺栓与分支井筒的连接结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种多分支天然气水合物藏降压开采实验方法的流程图。
附图标记说明：
1、控温箱；2、模拟箱；3、主井筒；4、分支井筒；5、调节螺栓；6、高压水容器；7、高压甲烷容器；8、泵；9、控制单元；10、箱体；11、六通阀；12、第一质量流量控制器；13、气液分离器；14、回压阀；15、第二质量流量控制器；16、压力传感器；17、二通阀；18、温压传感器；19、通孔。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，包括：
控温箱；
天然气水合物藏模拟结构，设置于控温箱内，包括模拟箱，模拟箱内设置有一个主井筒和多个分支井筒，主井筒和分支井筒上均布有多个通孔，分支井筒内螺纹连接有调节螺栓，调节螺栓能够封堵通孔；
注入结构，与天然气水合物藏模拟结构连接，包括高压水容器、高压甲烷容器和泵，泵能够将高压水容器和高压甲烷容器内的水和甲烷注入模拟箱内；
气水产量采集结构，与模拟箱连接；
压力采集结构和流量采集结构，设置于注入结构与天然气水合物藏模拟结构之间的连接管线上；
控制单元，与控温箱、泵、压力采集结构和流量采集结构连接。
具体的，注入结构通过泵可以向模拟箱内注入水和甲烷气，在模拟箱内形成天然气水合物藏模型，模拟箱内的主井筒和分支井筒的布置能够模拟出多分支水平降压开采天然气水合物藏的开采方式，模拟箱在控温箱内，由控温箱调节模拟箱内温度，模拟地层环境，使得天然气水合物藏模型更加接近现实环境条件；在此基础上，对天然气水合物藏模型进行降压开采实验，通过气水产量采集结构测量气水产量，分析多分支水平降压开采天然气水合物藏的开采方式的特性；另外，压力采集结构和流量采集结构分别能够采集管线上的压力和水、甲烷气的注入流量并在控制单元上显示，方便控制单元对其进行控制。
在一个示例中，泵为恒速恒压泵。
在一个示例中，控温箱为高低温恒温箱。
进一步的，通孔能够模拟射孔。
可选地，模拟箱包括箱体，箱体内设置有密闭的空腔，主井筒和分支井筒设置在空腔内，空腔内填充有石英砂。
具体的，采用石英砂填充模拟箱，能够模拟真实地层条件，使得天然气水合物藏模型更加复合实际情况，提高实验的真实性。
可选地，箱体为矩形箱体，主井筒设置于箱体中部并与箱体的长边平行，分支井筒垂直于主井筒并与主井筒连通，分支井筒的一端穿设在箱体的长边的箱壁内，调节螺栓的一端穿设在分支井筒的一端内，调节螺栓的另一端设置在箱体的外侧，调节螺栓可旋入分支井筒内并将分支井筒上的通孔全部封堵。
具体的，箱体为不锈钢材质制作的长方形中空盒型结构，顶盖和框体通过固定螺栓进行连接，所述框体内部包含一个多分支水平井模型，所述多分支水平井模型包括一个主井筒和多个分支井筒，所述主井筒与所述框体的长边平行且距离两长边的距离相等，所述分支井筒与主井筒垂直且延伸至所述框体的短边内，所述分支井筒的外端开口且内壁设有内螺纹，所述分支井筒和主井筒均匀打通孔用于模拟射孔，所述框体在与所述分支井筒接触的位置沿所述分支井筒的方向钻孔且内壁包含内螺纹，所述框体和所述分支井筒通过可调螺栓进行连接，可调螺栓穿过所述框体后通过螺纹旋转至分支井筒内部，为使得可调螺栓可完全封堵所述分支井筒的所有射孔，可调螺栓的长度应大于所述分支井筒长度与框体壁厚之和。
可选地，注入结构还包括六通阀，泵通过第一管线和第二管线分别与高压水容器的一端和高压甲烷容器的一端连接，高压水容器的另一端和高压甲烷容器的另一端分别通过第三管线和第四管线与六通阀连接，第四管线上设置有第一质量流量控制器，第一质量流量控制器与控制单元连接，六通阀通过第五管线与模拟箱连接。
具体的，恒速恒压泵能够通过管线讲高压水容器和高压甲烷容器内的水和甲烷气打入模拟箱内，以便在模拟箱内形成天然气水合物藏模型，第一质量流量控制器能够监测甲烷气流量。
可选地，气水产量采集结构包括气液分离器，气液分离器的一端通过第六管线与模拟箱连接，第六管线上设置有回压阀，气水分离器的另一端上连接有第七管线，第七管线上设置有第二质量流量控制器。
具体的，回压阀用于控制天然气水合物藏模拟结构的出口端压力，所述气液分离器与所述回压阀相连，所述第二质量流量控制器与所述气液分离器相连，用于实时测量产气量。
可选地，压力采集结构包括压力传感器，注入结构上连接有第八管线，压力传感器设置在第八管线上并与控制单元连接。
具体的，压力传感器用于监测注入压力。
可选地，流量采集结构包括多个第九管路，多个第九管路连接在模拟箱下侧，每个第九管路上设置有一个二通阀，每个二通阀上连接有一个温压传感器，温压传感器与控制单元连接。
具体的，多个温压传感器能够监测天然气水合物藏模型的温度和压力。
本发明还提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，利用上述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，该方法包括：
步骤一、在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型；
步骤二、将天然气水合物藏模型静置设定时长并监测天然气水合物藏模型的静置后温度值和静置后压力值；
步骤三、根据静置后温度值和静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度；
步骤四、对天然气水合物藏模型进行降压开采并通过气水产量采集结构监测产气量和产水量；
步骤五、改变参与实验的分支井筒的数量和/或分支井筒的长度并返回步骤一。
具体的，利用注入结构向天然气水合物藏模拟结构中注入水和甲烷气，可以在天然气水合物藏模拟结构的模拟箱中形成天然气水合物藏模型，静置时可以实时监测温度值和压力值，获取天然气水合物藏模型的温度变化和压力变化参数，再根据这些参数计算出转化为水合物的甲烷气体积和水合物饱和度，进一步获取实验数据，还可以通过调节回压阀调节压力，对天然气水合物藏模型进行模拟降压开采，通过气水产量采集结构能够监测产气量和产水量，利用各个实验步骤中获取的数据，方便对多分支水平降压开采天然气水合物藏的开采方式进行实验分析，分析其特性；通过调节螺栓调节参与实验的分支井筒的数量和/或分支井筒的长度，调节后再重复进行步骤一至步骤四的实验步骤，多次实验获取的数据可以进行对比分析，进一步分析多分支水平降压开采天然气水合物藏的开采方式的特性，为天然气水合物藏的高产开发提供技术支撑。
可选地，在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型包括：
在模拟箱内填满石英砂；
将模拟箱抽真空；
通过控温箱设定天然气水合物藏模拟结构的实验温度值；
利用注入结构向模拟箱内注水直至饱和并计算天然气水合物藏模型的孔隙体积和孔隙度；
利用注入结构向模拟箱内注入甲烷气直至在模拟箱内形成天然气水合物藏模型。
具体的，在模拟箱内填充石英砂、对模拟箱进行抽真空、设定模拟箱的温度值都是为了模拟实际地层条件，使得注入结构完成注入后在模拟箱内形成的天然气水合物藏模型更加接近现实情况，进而使得实验的结果更加符合实际，提高实验的真实性和准确性。
可选地，根据静置后温度值和静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度包括：
分别利用公式一和公式二计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度，公式一为：
其中，T1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的温度；T2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的温度；P1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的压力；P2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的压力；Vw1为T1和P1下水的体积；Z1为T1和P1下甲烷气的压缩因子；Z2为T2和P2下甲烷气的压缩因子；Vgs1为水合物生成之前天然气水合物藏模型中的甲烷气在标况下的体积；ρw为水的密度；ρh为水合物的密度；ρc为甲烷气的密度；Vgs为转化为水合物的甲烷气体积；
公式二为：
其中，Sh为水合物的饱和度；V为天然气水合物藏模型的孔隙体积。
具体的，利用公式一和公式二计算出转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度，获取实验数据，方便进行实验的分析。
实施例一
如图1至图3所示，本发明提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，包括：
控温箱1；
天然气水合物藏模拟结构，设置于控温箱1内，包括模拟箱2，模拟箱2内设置有一个主井筒3和多个分支井筒4，主井筒2和分支井筒4上均布有多个通孔15，分支井筒4内螺纹连接有调节螺栓5，调节螺栓5能够封堵通孔15；
注入结构，与天然气水合物藏模拟结构连接，包括高压水容器6、高压甲烷容器7和泵8，泵8能够将高压水容器6和高压甲烷容器7内的水和甲烷注入模拟箱2内；
气水产量采集结构，与模拟箱2连接；
压力采集结构和流量采集结构，设置于注入结构与天然气水合物藏模拟结构之间的连接管线上；
控制单元9，与控温箱1、泵8、压力采集结构和流量采集结构连接。
在本实施例中，模拟箱2包括箱体10，箱体10内设置有密闭的空腔，主井筒3和分支井筒4设置在空腔内，空腔内填充有石英砂。
在本实施例中，箱体10为矩形箱体，主井筒3设置于箱体10中部并与箱体10的长边平行，分支井筒4垂直于主井筒3并与主井筒3连通，分支井筒4的一端穿设在箱体10的长边的箱壁内，调节螺栓5的一端穿设在分支井筒4的一端内，调节螺栓5的另一端设置在箱体10的外侧，调节螺栓5可旋入分支井筒4内并将分支井筒4上的通孔15全部封堵。
在本实施例中，注入结构还包括六通阀11，泵8通过第一管线和第二管线分别与高压水容器6的一端和高压甲烷容器7的一端连接，高压水容器6的另一端和高压甲烷容器7的另一端分别通过第三管线和第四管线与六通阀11连接，第四管线上设置有第一质量流量控制器12，第一质量流量控制器12与控制单元9连接，六通阀11通过第五管线与模拟箱2连接。
在本实施例中，气水产量采集结构包括气液分离器13，气液分离器13的一端通过第六管线与模拟箱2连接，第六管线上设置有回压阀14，气水分离器13的另一端上连接有第七管线，第七管线上设置有第二质量流量控制器15。
在本实施例中，压力采集结构包括压力传感器16，注入结构上连接有第八管线，压力传感器16设置在第八管线上并与控制单元9连接。
在本实施例中，流量采集结构包括多个第九管路，多个第九管路连接在模拟箱2下侧，每个第九管路上设置有一个二通阀17，每个二通阀17上连接有一个温压传感器18，温压传感器18与控制单元9连接。
本发明还提供一种多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，利用上述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，该方法包括：
步骤一、在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型；
步骤二、将天然气水合物藏模型静置设定时长并监测天然气水合物藏模型的静置后温度值和静置后压力值；
步骤三、根据静置后温度值和静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度；
步骤四、对天然气水合物藏模型进行降压开采并通过气水产量采集结构监测产气量和产水量；
步骤五、改变参与实验的分支井筒的数量和/或分支井筒的长度并返回步骤一。
在本实施例中，在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型包括：
在模拟箱内填满石英砂；
将模拟箱抽真空；
通过控温箱设定天然气水合物藏模拟结构的实验温度值；
利用注入结构向模拟箱内注水直至饱和并计算天然气水合物藏模型的孔隙体积和孔隙度；
利用注入结构向模拟箱内注入甲烷气直至在模拟箱内形成天然气水合物藏模型。
在本实施例中，根据静置后温度值和静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度包括：
分别利用公式一和公式二计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度，公式一为：
其中，T1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的温度；T2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的温度；P1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的压力；P2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的压力；Vw1为T1和P1下水的体积；Z1为T1和P1下甲烷气的压缩因子；Z2为T2和P2下甲烷气的压缩因子；Vgs1为水合物生成之前天然气水合物藏模型中的甲烷气在标况下的体积；ρw为水的密度；ρh为水合物的密度；ρc为甲烷气的密度；Vgs为转化为水合物的甲烷气体积；
公式二为：
其中，Sh为水合物的饱和度；V为天然气水合物藏模型的孔隙体积。
综上，本发明提供的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置使用时，使用上述的多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，以一次实验为例，具体步骤为：
a、模拟地层条件，采用石英砂对模拟箱2进行填充；
b、对模拟箱2进行抽真空，然后利用恒速恒压泵将高压水容器6中的模拟地层水注入至模拟箱2中进行饱和并计算孔隙体积和孔隙度；
c、将高低温恒温箱设定为实验温度值，将天然气水合物藏模拟结构的出口压力设定为大气压力，利用恒速恒压泵将高压甲烷容器7中0.1倍～0.7倍天然气水合物藏模拟结构孔隙体积的甲烷气注入模拟箱2中，关闭天然气水合物藏模拟结构的出口端，利用恒速恒压泵将高压甲烷容器7中的甲烷继续注入模拟箱2，当天然气水合物藏模拟结构的压力高于实验温度所对应的水合物相平衡压力2MPa～6MPa时停止注气，根据驱替出的水的体积计算天然气水合物藏模拟结构中的甲烷气饱和度和水饱和度；
d、静置24～120小时并实时监测模拟箱2中的温度和压力变化，根据下式计算转化为水合物的甲烷气体积：
其中，T1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的温度；T2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的温度；P1为水合物生成之前天然气水合物藏模型的压力；P2为水合物生成之后天然气水合物藏模型的压力；Vw1为T1和P1下水的体积；Z1为T1和P1下甲烷气的压缩因子；Z2为T2和P2下甲烷气的压缩因子；Vgs1为水合物生成之前天然气水合物藏模型中的甲烷气在标况下的体积；ρw为水的密度；ρh为水合物的密度；ρc为甲烷气的密度；Vgs为转化为水合物的甲烷气体积；
根据下式可计算出水合物的饱和度：
其中，Sh为水合物的饱和度；V为天然气水合物藏模型的孔隙体积；
e、通过旋转调节螺栓5控制调节螺栓5进入分支井筒4的长度，当所有调节螺栓5进入分支井筒4的长度等于分支井筒4长度时，所有分支井筒4上的射孔被完全封堵，此时仅有主井筒3进行生产，当所有调节螺栓5进入分支井筒4的长度为0时，各分支均处于开启状态；
f、将回压阀14压力设定为低于实验温度所对应的水合物相平衡压力2～8MPa，开始进行降压开发天然气水合物；
g、记录实验过程中的产气量和产水量，当达到预设降压开采时间时停止实验；
h、改变参与生产的分支井筒的数量，重复进行步骤a至步骤g的实验过程。
该多分支天然气水合物藏降压开采实验装置及方法模拟多分支井开采天然气水合物藏降压开采方式，方便对多分支井开采天然气水合物的产水产气特征进行实验研究，为天然气水合物开采提供理论指导；同时，该装置能够通过调节螺栓5调节分支井筒4的分支数量，分支段的长度，灵活模拟不同分支数，不同分支长度的分支井开采天然气水合物产水产气特征。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，该装置包括：
控温箱；
天然气水合物藏模拟结构，设置于所述控温箱内，包括模拟箱，所述模拟箱内设置有一个主井筒和多个分支井筒，所述主井筒和所述分支井筒上均布有多个通孔，所述分支井筒内螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓能够封堵所述通孔，通过调节所述调节螺栓的旋入长度能够调节参与实验的所述分支井筒的长度和数量；
注入结构，与所述天然气水合物藏模拟结构连接，包括高压水容器、高压甲烷容器和泵，所述泵能够将所述高压水容器和所述高压甲烷容器内的水和甲烷注入所述模拟箱内；
气水产量采集结构，与所述模拟箱连接；
压力采集结构和流量采集结构，设置于所述注入结构与所述天然气水合物藏模拟结构之间的连接管线上；
控制单元，与所述控温箱、所述泵、所述压力采集结构和所述流量采集结构连接。
2.根据权利要求1所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述模拟箱包括箱体，所述箱体内设置有密闭的空腔，所述主井筒和所述分支井筒设置在所述空腔内，所述空腔内填充有石英砂。
3.根据权利要求2所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述箱体为矩形箱体，所述主井筒设置于所述箱体中部并与所述箱体的长边平行，所述分支井筒垂直于所述主井筒并与所述主井筒连通，所述分支井筒的一端穿设在所述箱体的长边的箱壁内，所述调节螺栓的一端穿设在所述分支井筒的所述一端内，所述调节螺栓的另一端设置在所述箱体的外侧，所述调节螺栓可旋入所述分支井筒内并将所述分支井筒上的通孔全部封堵。
4.根据权利要求1所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述注入结构还包括六通阀，所述泵通过第一管线和第二管线分别与所述高压水容器的一端和所述高压甲烷容器的一端连接，所述高压水容器的另一端和所述高压甲烷容器的另一端分别通过第三管线和第四管线与所述六通阀连接，所述第四管线上设置有第一质量流量控制器，所述第一质量流量控制器与所述控制单元连接，所述六通阀通过第五管线与所述模拟箱连接。
5.根据权利要求1所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述气水产量采集结构包括气液分离器，所述气液分离器的一端通过第六管线与所述模拟箱连接，所述第六管线上设置有回压阀，所述气水分离器的另一端上连接有第七管线，所述第七管线上设置有第二质量流量控制器。
6.根据权利要求1所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述压力采集结构包括压力传感器，所述注入结构上连接有第八管线，所述压力传感器设置在所述第八管线上并与所述控制单元连接。
7.根据权利要求1所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，所述流量采集结构包括多个第九管路，多个所述第九管路连接在所述模拟箱下侧，每个所述第九管路上设置有一个二通阀，每个所述二通阀上连接有一个温压传感器，所述温压传感器与所述控制单元连接。
8.一种多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，利用根据权利要求1-7任一项所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验装置，其特征在于，该方法包括：
步骤一、在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型；
步骤二、将所述天然气水合物藏模型静置设定时长并监测所述天然气水合物藏模型的静置后温度值和静置后压力值；
步骤三、根据所述静置后温度值和所述静置后压力值计算转化为水合物的甲烷气体积和水合物的饱和度；
步骤四、对所述天然气水合物藏模型进行降压开采并通过气水产量采集结构监测产气量和产水量；
步骤五、改变参与实验的分支井筒的数量和/或分支井筒的长度并返回步骤一。
9.根据权利要求8所述的多分支天然气水合物藏降压开采实验方法，其特征在于，所述在天然气水合物藏模拟结构中形成天然气水合物藏模型包括：
在模拟箱内填满石英砂；
将所述模拟箱抽真空；
通过控温箱设定所述天然气水合物藏模拟结构的实验温度值；
利用注入结构向所述模拟箱内注水直至饱和并计算所述天然气水合物藏模型的孔隙体积和孔隙度；
利用注入结构向所述模拟箱内注入甲烷气直至在所述模拟箱内形成所述天然气水合物藏模型。
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