CN115788420A - 一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，包括井筒模拟系统、用于向井筒模拟系统注入混合流体的混合流体注入系统、用于分离井筒模拟系统流出的混合流体的分离系统、用于对整个系统进行温度控制的温度控制系统、用于对整个系统抽真空的抽真空系统以及对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统的数据采集和控制系统；所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统均分别与数据采集和控制系统电连接。本发明可实现模拟不同井径条件下，水合物在井筒内堵塞全过程，且操作简单，可控性强，对水合物堵塞井筒的堵塞机理研究奠定了基础。

Description

一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体涉及一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法。

背景技术

天然气水合物是由水和天然气在高压、低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体，天然气水合物作为一种新型的清洁能源一直备受关注，海洋水合物储量巨大，水合物被认为是21世纪最有潜力的替代能源。

在气井采气过程中，井筒内温度、压力条件满足水合物的生成条件时，井筒内易形成水合物，水合物一旦在井筒内生成，易附着、聚并在井筒内壁上形成井筒堵塞导致流动障碍，严重时造成井筒的完全堵塞，影响气井的正常生产，造成严重的经济损失，该问题己成为影响气井生产安全的重要因素，制约着气田高效开发的进程，己受到国内外学者和现场作业人员的广泛关注，目前，井筒水合物堵塞过程中温度、压力、图像的变化规律不明，水合物在井筒内堵塞速率不清，水合物堵塞井筒的堵塞机理接待厘清。

因此，对于水合物堵塞机理研究十分关键，迫切需要一种模拟水合物堵塞井筒的装置及方法用于水合物堵塞井筒的堵塞机理研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，以解决现有技术中无法模拟不同井径条件下水合物解堵塞机理的实验装置的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，包括井筒模拟系统、用于向井筒模拟系统注入混合流体的混合流体注入系统、用于分离井筒模拟系统流出的混合流体的分离系统、用于对整个系统进行温度控制的温度控制系统、用于对整个系统抽真空的抽真空系统以及对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统的数据采集和控制系统；所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统均分别与数据采集和控制系统电连接，实现对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统控制及数据采集指令，同时存储及处理实验数据。

进一步地，所述井筒模拟系统包括有多个可视模拟井筒；所述多个可视模拟井筒结构相同，井筒内径尺寸不同。

进一步地，所可视模拟井筒由多个可视模拟井筒短接连接组成，所述可视模拟井筒短接包括可视管筒体，可视管筒体上部与上法兰连接，下部与下法兰连接，并通过筒体密封圈密封，可视管筒体为混合流体的流经通道；所述可视管筒体上还设置有可视窗，通过可视窗可观察可视管筒体内混合流体流动规律、是否有水合物生成及水合物堵塞井筒的堵塞规律；所述上法兰的端面凹槽处安装有法兰密封圈，用于各个可视模拟井筒短接连接处的密封；所述上法兰上还连接有压力传感器组与温度传感器组，分别用于监测可视模拟井筒短接各监测点的压力及温度；所述可视窗正对外侧安装有高清摄像机组，用于采集各个可视模拟井筒短接内流体流动图像数据；所述可视模拟井筒上端设有控制阀，所述控制阀与可视模拟井筒连接管道上还设有安全阀，所述可视模拟井筒下端设有控制阀；所述压力传感器组、温度传感器组、高清摄像机组、控制阀分别与数据采集和控制系统电连接。

进一步地，所述混合流体注入系统包括存储地层水的地层水罐，所述地层水罐与地层水注入泵的入口端连接，所述地层水注入泵的入口端设有控制阀；所述地层水注入泵的出口端与气液混合器连接，连接处设有流量调节阀、液体流量计及控制阀，所述流量调节阀用来调节地层水注入泵注入井筒模拟系统的注入流量大小，所述液体流量计用来计量向井筒模拟系统的注入流量；通过地层水注入泵向井筒模拟系统注入地层水，用于模拟地层水向井筒模拟系统侵入工况；

所述混合流体注入系统还包括天然气气瓶、缓存罐及自动点火系统，所述天然气气瓶用于在实验初始阶段向系统提供天然气，直至缓存罐内储存有可用于循环的天然气时关闭；所述缓存罐用于天然气气瓶关闭后向系统提供可循环的天然气，以便使天然气循环利用，减少天然气的消耗；所述天然气气瓶与气体循环泵进气端通过控制阀连接，所述气体循环泵进气端与控制阀之间另外依次连接控制阀与缓存罐；缓存罐上安装有温度传感器、压力传感器及安全阀，温度传感器与压力传感器分别用于监测缓存罐内天然气的温度及压力，安全阀用于对缓存罐超压保护，气体循环泵驱动气入口经控制阀与气体增压泵连接，气体增压泵用于向气体循环泵提供高压驱动空气，为气体循环泵提供驱动动力，气体循环泵出气端依次经流量调节阀、气体流量计、控制阀与气液混合器连接，流量调节阀用于调节气体循环泵出气端的出口流量大小，气体流量计用于测量注入气液混合器的气体流量，气液混合器使气体循环泵输出的天然气与地层水注入泵输出的地层水进行充分的混合，使天然气与地层水形成均匀的混合流体；

所述自动点火系统用于实验结束后对系统内剩余气体进行点火并燃烧处理，防止天然气进入大气污染环境；所述自动点火系统与缓存罐连通；

所述控制阀、地层水注入泵、流量调节阀、液体流量计、气体增压泵、气体循环泵、气体流量计、温度传感器、压力传感器、安全阀、及自动点火系统与数据采集和控制系统电连接。

进一步地，所述分离系统包括气液分离器、集液罐、天平；所述气液分离器进气端经背压阀与井筒模拟系统连通；所述气液分离器用于对井筒模拟系统流出的混合流体进行气液分离，背压阀用于为井筒模拟系统提供实验所需背压；

所述气液分离器上安装有安全阀、压力传感器、温度传感器；所述安全阀用于为气液分离器提供超压保护，压力传感器、温度传感器分别用于监测及采集气液分离器内的压力及温度；

所述气液分离器液体出口端阀与集液罐连接，集液罐位于天平上；所述集液罐用于收集气液分离器分离出的地层水；所述天平用于对集液罐收集地层水进行计量；

所述气液分离器出气端与缓存罐连接；所述压力传感器、温度传感器、天平、背压阀与与数据采集和控制系统电连接。

进一步地，所述抽真空系统包括真空泵及真空压力传感器；所述真空泵及真空压力传感器与井筒模拟系统连通；所述真空泵主要用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空，防止井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统内空气对实验的干扰；真空泵及真空压力传感器与数据采集和控制系统电连接。

进一步地，所述温度控制系统由温度控制箱组成，所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统均位于温度控制箱内，温度控制箱用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统进行温度调控，达到实验所需温度；所述温度控制箱与数据采集和控制系统电连接。

进一步地，所述数据采集和控制系统包括计算机及控制柜；所述计算机通过数据线与控制柜连接，所述控制柜分别与井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统连接；所述控制柜执行计算机对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统内设备发布的控制及数据采集指令；所述计算机用于发布对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统控制及数据采集指令，同时存储及处理控制柜反馈的采集数据。

一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置的实验方法，包括下述步骤：

S1：设备预冷过程

实验操作人员首先通过数据采集和控制系统控制温度控制箱使内部安装的井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统达到实验所需温度，设备预冷过程的作用是模拟气井开采过程中井筒内的实际温度环境，设备预冷过程完成；

S2：抽真空过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制真空泵对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空；

S3：井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制流量调节阀及背压阀使注入混合流体达到实验所需气液比工况及模拟井筒压力工况，数据采集和控制系统控制气体增压泵及地层水注入泵将天然气与地层水形成的混合流体向可视模拟井筒注入，流经可视模拟井筒后的混合流体经气液分离器进行气液分离，分离后的地层水运移至集液罐，分离后的天然气运移至缓存罐，当缓存罐的压力与模拟井筒压力实验所需压力相等时，数据采集和控制系统控制由缓存罐内存储的天然气提供实验所需气源，以便节约天然气用量，然后，气体循环泵驱动缓存罐内存储的天然气和地层水注入泵驱动地层水罐内地层水重复上一步流程，持续循环往复进行混合流体在可视模拟井筒内流动过程，通过数据采集和控制系统监测可视模拟井筒的可视管筒体内水合物的出现、附着、聚并、部分堵塞直至堵塞完全过程，若可视模拟井筒堵塞完全，关闭地层水注入泵、气体增压泵、气体循环泵及相关阀门，数据采集和控制系统采集的所有数据用于分析井筒混合流体流动过程及水合物堵塞井筒过程的温度、压力及图像变化规律，分析水合物在可视模拟井筒内的堵塞速率，以及分析水合物堵塞井筒的堵塞机理，井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程完成；

S4：后续处理过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制开启自动点火系统，自动点火系统将把系统中的天然气进行燃烧处理，直至系统中的天然气完全燃烧，后续处理过程完成。

进一步地，步骤S2中，所述抽真空过程直至真空压力传感器达到-0.09MPa时结束。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

（1）本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，可以模拟不同井筒内径下实现采气过程中水合物堵塞井筒的堵塞机理研究功能。

（2）本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，可实现研究水合物堵塞过程中温度、压力、图像及堵塞时间的变化规律。

（3）本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，可实现水合物在井筒内从开始出现、附着、聚并、部分堵塞直至完全堵塞全过程模拟及可视化观测功能。

（4）本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置及方法，可实现模拟水合物在井筒内堵塞速率测试功能。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1中可视模拟井筒短接的结构示意图。

图中：1-地层水罐；2-1号阀；3-地层水注入泵；4-1号流量调节阀；5-液体流量计；6-2号阀；7-3号阀；8-真空泵；9-4号阀；10-5号阀；11-天然气气瓶；12-气体增压泵；13-6号阀；14-气体循环泵；15-2号流量调节阀；16-气体流量计；17-7号阀；18-气液混合器；19-8号阀；20-1号可视模拟井筒；21-1号压力传感器组；22-1号温度传感器组；23-1号高清摄像机组；24-1号水合物；25-9号阀；26-1号安全阀；27-10号阀；28-2号可视模拟井筒；29-2号压力传感器组；30-2号温度传感器组；31-2号高清摄像机组；32-2号水合物；33-11号阀；34-2号安全阀；35-12号阀；36-3号可视模拟井筒；37-3号压力传感器组；38-3号温度传感器组；39-3号高清摄像机组；40-3号水合物；41-13号阀；42-3号安全阀；43-14号阀；44-背压阀；45-4号温度传感器；46-4号压力传感器；47-4号安全阀；48-气液分离器；49-15号阀；50-集液罐；51-天平；52-16号阀；53-5号温度传感器；54-5号压力传感器；55-5号安全阀；56-缓存罐；57-17号阀；58-温度控制箱；59-自动点火系统；60-控制柜；61-计算机；62-真空压力传感器；63-下法兰；64-可视管筒体；65-可视窗；66-筒体密封圈；67-上法兰；68-法兰密封圈；69-可视模拟井筒短接。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，包括井筒模拟系统、用于向井筒模拟系统注入混合流体的混合流体注入系统、用于分离井筒模拟系统流出的混合流体的分离系统、用于对整个系统进行温度控制的温度控制系统、用于对整个系统抽真空的抽真空系统以及对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统的数据采集和控制系统；所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统均分别与数据采集和控制系统电连接。

所述井筒模拟系统包括1号可视模拟井筒20、2号可视模拟井筒28、3号可视模拟井筒36；1号可视模拟井筒20、2号可视模拟井筒28、3号可视模拟井筒36结构相同，仅在井筒内径尺寸不同，1号可视模拟井筒20的内径为88.9mm，2号可视模拟井筒28的内径为76.2mm，3号可视模拟井筒36的内径为63.5mm，不同内径可视模拟井筒用于模拟不同直径的实际井筒工况，1号可视模拟井筒20由3根内径为88.9mm的可视模拟井筒短接69连接组成，可视模拟井筒短接69由可视管筒体64、可视窗65、下法兰63、筒体密封圈66、法兰密封圈68及上法兰67构成，可视管筒体64上部与上法兰67连接，下部与下法兰63连接，并通过筒体密封圈66密封，可视管筒体64为混合流体的流经通道，可视管筒体64上设置有可视窗65，通过可视窗65可观察可视管筒体64内混合流体流动规律、是否有水合物生成及水合物堵塞井筒的堵塞规律，法兰密封圈68安装在上法兰67的端面凹槽处，法兰密封圈68用于各个可视模拟井筒短接69连接处的密封，1号压力传感器组21与1号温度传感器组22连接在1号可视模拟井筒20的上法兰67上，1号压力传感器组21与1号温度传感器组22分别用于监测可视模拟井筒短接69各监测点的压力及温度，1号高清摄像机组23安装在1号可视模拟井筒20正对可视窗65的外侧，1号高清摄像机组23用来采集各个可视模拟井筒短接69内流体流动图像数据，通过采集的图像数据分析1号可视模拟井筒20内混合多相流体的流动规律，研究1号水合物24堵塞1号可视模拟井筒20的堵塞过程及堵塞机理，1号水合物24在形成条件合适时在1号可视模拟井筒20内形成，1号水合物24形成一定量时堵塞1号可视模拟井筒20，1号可视模拟井筒20上端与9号阀25连接，1号可视模拟井筒20下端与8号阀19连接，1号安全阀26安装在9号阀25与1号可视模拟井筒20连接管道上，用于对1号可视模拟井筒20进行超压保护，1号压力传感器组21、1号温度传感器组22、1号高清摄像机组23、9号阀25及8号阀19与数据采集和控制系统电连接；

所述2号可视模拟井筒28由3根内径为76.2mm的可视模拟井筒短接69连接组成，2号压力传感器组29与2号温度传感器组30连接在2号可视模拟井筒28的上法兰67上，2号压力传感器组29与2号温度传感器组30分别用于监测可视模拟井筒短接69各监测点的压力及温度，2号高清摄像机组31安装在2号可视模拟井筒28正对可视窗65的外侧，2号高清摄像机组31用来采集各个可视模拟井筒短接69内流体流动图像数据，通过采集的图像数据分析2号可视模拟井筒28内混合多相流体的流动规律，研究2号水合物32堵塞2号可视模拟井筒28的堵塞过程及堵塞机理，2号水合物32形成条件合适时在2号可视模拟井筒28内形成，2号水合物32形成一定量时堵塞2号可视模拟井筒28，2号可视模拟井筒28上端与11号阀33连接，2号可视模拟井筒28下端与10号阀27连接，2号安全阀34安装在11号阀33与2号可视模拟井筒28连接管道上，用于对2号可视模拟井筒28进行超压保护，10号阀27、2号压力传感器组29、2号温度传感器组30、2号高清摄像机组31及11号阀33与数据采集和控制系统电连接；

所述3号可视模拟井筒36由3根内径为63.5mm的可视模拟井筒短接69连接组成，3号压力传感器组37与3号温度传感器组38连接在3号可视模拟井筒36的上法兰67上，3号压力传感器组37与3号温度传感器组38分别用于监测可视模拟井筒短接69各监测点的压力及温度，3号高清摄像机组39安装在3号可视模拟井筒36正对可视窗65的外侧，3号高清摄像机组39用来采集各个可视模拟井筒短接69内流体流动图像数据，通过采集的图像数据分析3号可视模拟井筒36内混合多相流体的流动规律，研究3号水合物40堵塞3号可视模拟井筒36的堵塞过程及堵塞机理，研究3号可视模拟井筒36的解堵过程及解堵规律，3号水合物40形成条件合适时在3号可视模拟井筒36内形成，3号水合物40形成一定量时堵塞3号可视模拟井筒36，3号可视模拟井筒36上端与13号阀41连接，3号可视模拟井筒36下端与12号阀35连接，3号安全阀42安装在13号阀41与3号可视模拟井筒36连接管道上，用于对3号可视模拟井筒36进行超压保护，12号阀35、3号压力传感器组37、3号温度传感器组38、3号高清摄像机组39及13号阀41分别与数据采集和控制系统电连接。

所述混合流体注入系统包括地层水罐1、1号阀2、地层水注入泵3、1号压力流量调节阀4、液体流量计5、2号阀6、4号阀9、5号阀10、天然气气瓶11、气体增压泵12、6号阀13、气体循环泵14、2号流量调节阀15、气体流量计16、7号阀17、气液混合器18、5号温度传感器53、5号压力传感器54、5号安全阀55、缓存罐56、17号阀57及自动点火系统59；地层水注入泵3的入口端经过1号阀2与地层水罐1连接，地层水注入泵3出口端经过1号流量调节阀4、液体流量计5、2号阀6与气液混合器18，地层水注入泵3用于向井筒模拟系统注入地层水，用于模拟地层水向井筒模拟系统侵入工况，1号流量调节阀4用来调节地层水注入泵3注入井筒模拟系统的注入流量大小，液体流量计5用来计量向井筒模拟系统的注入流量；所述气体循环泵14进气端经5号阀10与天然气气瓶11连接，在气体循环泵14进气端与5号阀10之间另外依次连接4号阀9与缓存罐56，天然气气瓶11用于实验初始阶段向系统提供天然气，直至缓存罐56内储存有可用于循环的天然气为止，缓存罐56用于天然气气瓶11关闭后向系统提供可循环的天然气，以便使天然气的循环利用，减少天然气的消耗，缓存罐56上安装有5号温度传感器53、5号压力传感器54及5号安全阀55，5号温度传感器53与5号压力传感器54分别用于监测缓存罐56内天然气的温度及压力，5号安全阀55用于对缓存罐56超压保护，气体循环泵14驱动气入口经6号阀13与气体增压泵12连接，气体增压泵12用于向气体循环泵14提供高压驱动空气，为气体循环泵14提供驱动动力，气体循环泵14出气端依次经2号流量调节阀15、气体流量计16、7号阀17与气液混合器18连接，2号流量调节阀15用于调节气体循环泵14出气端的出口流量大小，气体流量计16用于测量注入气液混合器18的气体流量，气液混合器18使气体循环泵14输出的天然气与地层水注入泵3输出的地层水进行充分的混合，使天然气与地层水形成均匀的混合流体；所述自动点火系统59经17号阀57与缓存罐56连通，自动点火系统59用于实验结束后对系统内剩余气体进行点火并燃烧处理，防止天然气进入大气污染环境；1号阀2、地层水注入泵3、1号流量调节阀4、液体流量计5、2号阀6、4号阀9、5号阀10、气体增压泵12、6号阀13、气体循环泵14、2号流量调节阀15、气体流量计16、7号阀17、5号温度传感器53、5号压力传感器54、5号安全阀55、17号阀57及自动点火系统59与数据采集和控制系统电连接。

所述分离系统包括16号阀52、气液分离器48、4号安全阀47、4号压力传感器46、4号温度传感器45、15号阀49、集液罐50、天平51、背压阀44及14号阀43；所述气液分离器48进气端经背压阀44、14号阀43与井筒模拟系统的9号阀25、11号阀33及13号阀41连通，气液分离器48用于对井筒模拟系统流出的混合流体进行气液分离，背压阀44用于为井筒模拟系统提供实验所需背压；气液分离器48上安装有4号安全阀47、4号压力传感器46、4号温度传感器45，4号安全阀47用于为气液分离器48提供超压保护，4号压力传感器46、4号温度传感器45分别用于监测及采集气液分离器48内的压力及温度；气液分离器48液体出口端依次连接15号阀49及集液罐50，集液罐50位于天平51上，集液罐50用于收集气液分离器48分离出的地层水，天平51用于对集液罐50收集地层水进行计量；气液分离器48出气端经16号阀52与缓存罐56连接；16号阀52、4号压力传感器46、4号温度传感器45、15号阀49、天平51、背压阀44及14号阀43与与数据采集和控制系统电连接。

所述温度控制系统由温度控制箱58组成，井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统均位于温度控制箱58内，温度控制箱58用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统进行温度调控，达到实验所需温度；温度控制箱58与数据采集和控制系统电连接。

所述抽真空系统包括3号阀7、真空泵8及真空压力传感器62；所述真空泵8经3号阀7及真空压力传感器62与井筒模拟系统的8号阀19、10号阀27及12号阀35连通，真空泵8主要用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空，防止井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统内空气对实验的干扰；3号阀7、真空泵8及真空压力传感器62与数据采集和控制系统电连接。

所述数据采集和控制系统包括计算机61及控制柜60；所述计算机61通过数据线与控制柜60连接，控制柜60分别与井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统连接，控制柜60主要执行计算机61对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统内设备发布的控制及数据采集指令，计算机61主要用于发布对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统控制及数据采集指令，同时存储及处理控制柜60反馈的采集数据。

应用实施例1中的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，以1号可视模拟井筒20模拟水合物解堵剂性能评价过程为实施例进行实验的方法，包括以下步骤：

S1：设备预冷过程

实验操作人员通过计算机61设定温度控制箱58的温度为2℃，该温度和1号可视模拟井筒20的温度应相同，可根据实验需求在-30℃~50℃范围内任意设定，温度控制箱58接到计算机61经控制柜60发出的指令后开始制冷工作，直至温度控制箱58内安装的井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统达到实验所需2℃，设备预冷过程的作用是模拟气井开采过程中井筒内的实际温度环境，设备预冷过程完成。

S2：抽真空过程

设备预冷过程完成后，实验操作人员通过计算机61打开2号阀6、3号阀7、4号阀9、7号阀17、8号阀19、9号阀25、10号阀27、11号阀33、12号阀35、13号阀41、14号阀43、背压阀44及16号阀52，计算机61启动真空泵8对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空，直至真空压力传感器62达到-0.09MPa，计算机61停止真空泵8工作，同时关闭2号阀6、3号阀7、4号阀9、7号阀17、8号阀19、9号阀25、10号阀27、11号阀33、12号阀35、13号阀41、14号阀43、背压阀44及16号阀52，抽真空过程完成。

S3：井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程

抽真空过程完成后，实验操作人员根据气井开采实际气液比工况，气液比可根据实验需求任意选取，如气液比100:1，500:1，1000:1，5000:1；通过计算机61控制调节1号流量调节阀4、2号流量调节阀15及背压阀44，调节1号流量调节阀4、2号流量调节阀15使注入混合流体达到实验所需气液比工况，调节背压阀44使注入混合流体达到实验所需模拟井筒压力实验所需工况，并同时打开1号阀2、2号阀6、5号阀10、7号阀17、8号阀19、9号阀25、14号阀43、15号阀49及16号阀52，然后计算机61控制启动气体增压泵12及地层水注入泵3，气体增压泵12驱动气体循环泵14把天然气气瓶11内的天然气依次经2号流量调节阀15、气体流量计16及7号阀17注入至气液混合器18，地层水注入泵3把地层水罐1内配制地层水依次经1号流量调节阀4、液体流量计5及2号阀6注入至气液混合器18，天然气与地层水在气液混合器18充分混合后依次经8号阀19、1号可视模拟井筒20、9号阀25、14号阀43、背压阀44运移至气液分离器48，混合流体流经1号可视模拟井筒20过程中1号压力传感器组21采集混合流体流动过程中各个测点的压力数据并上传至计算机61，1号温度传感器组22采集混合流体流动过程中各个测点的温度数据并上传至计算机61，1号高清摄像机组23采集混合流体流动过程中各个测点的图像数据并上传至计算机61，混合流体经气液分离器48进行气液分离，分离后的地层水经15号阀49运移至集液罐50，天平51计量集液罐50内地层水质量，分离后的天然气经16号阀52运移至缓存罐56，当缓存罐56上5号压力传感器54测得的压力数据与模拟井筒压力实验所需压力相等时，实验操作人员控制计算机61打开4号阀9，同时关闭5号阀10，此时由缓存罐56内存储的天然气提供实验所需气源，以便节约天然气用量；然后，气体循环泵14驱动缓存罐56内存储的天然气和地层水注入泵3驱动地层水罐1内地层水重复上一步流程，持续循环往复进行混合流体在1号可视模拟井筒20内流动过程，通过1号压力传感器组21与1号高清摄像机组23监测1号可视模拟井筒20的可视管筒体64内1号水合物24的开始出现、附着、聚并、部分堵塞直至堵塞完全过程，随着1号水合物24持续生成及聚并，1号水合物24聚并处下端与聚并处上端之间的压差会不断增加，也可通过1号高清摄像机组23透过可视窗65观测1号水合物24从开始出现、附着、聚并、部分堵塞直至堵塞完全过程，若1号可视模拟井筒20堵塞完全，堵塞完全处下端压力略高于上端压力，下端与上端压差为0.2MPa后，实验操作人员控制计算机61关闭地层水注入泵3、气体增压泵12及气体循环泵14，然后关闭1号阀2、2号阀6、7号阀17、8号阀19、9号阀25、14号阀43、15号阀49及16号阀52，整个1号可视模拟井筒20混合流体流动及水合物堵塞井筒过程中温度、压力及图像数据均被控制柜60采集后上传并存储至计算机61，所有数据用于分析井筒混合流体流动过程及水合物堵塞井筒过程的温度、压力及图像变化规律，分析1号水合物24在1号可视模拟井筒20内的堵塞速率，以及分析1号水合物24堵塞井筒的堵塞机理，井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程完成。

S4：后续处理过程

井筒水合物解堵过程完成后，实验操作人员控制计算机61开启1号阀2、2号阀6、4号阀9、7号阀17、8号阀19、9号阀25、14号阀43、背压阀44、16号阀52及17号阀57，同时开启自动点火系统59，自动点火系统59将把系统中的天然气进行燃烧处理，直至系统中的天然气完全燃烧，后续处理过程完成。

根据实验需要，可开展2号可视模拟井筒28及3号可视模拟井筒36的模拟水合物堵塞井筒及解堵剂性能评价过程实验，实验过程和1号可视模拟井筒20模拟水合物堵塞井筒及解堵剂性能评价方法类似，因此，不在赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，包括井筒模拟系统、用于向井筒模拟系统注入混合流体的混合流体注入系统、用于分离井筒模拟系统流出的混合流体的分离系统、用于对整个系统进行温度控制的温度控制系统、用于对整个系统抽真空的抽真空系统以及对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统的数据采集和控制系统；所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统均分别与数据采集和控制系统电连接，实现对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统控制及数据采集指令，同时存储及处理实验数据。

2.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述井筒模拟系统包括有多个可视模拟井筒（20）；所述多个可视模拟井筒（20）结构相同，井筒内径尺寸不同。

3.根据权利要求2所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所可视模拟井筒（20）由多个可视模拟井筒短接（69）连接组成，所述可视模拟井筒短接（69）包括可视管筒体（64），可视管筒体（64）上部与上法兰（67）连接，下部与下法兰（63）连接，并通过筒体密封圈（66）密封，可视管筒体（64）为混合流体的流经通道；所述可视管筒体（64)上还设置有可视窗（65），通过可视窗（65）可观察可视管筒体（64)内混合流体流动规律、是否有水合物生成及水合物堵塞井筒的堵塞规律；所述上法兰（67)的端面凹槽处安装有法兰密封圈（68)，用于各个可视模拟井筒短接（69）连接处的密封；所述上法兰（67）上还连接有压力传感器组（21）与温度传感器组（22），分别用于监测可视模拟井筒（20）短接各监测点的压力及温度；所述可视窗（65）正对外侧安装有高清摄像机组（23），用于采集各个可视模拟井筒短接（69）内流体流动图像数据；所述可视模拟井筒（20）上端设有控制阀，所述控制阀与可视模拟井筒（20）连接管道上还设有安全阀，所述可视模拟井筒（20）下端设有控制阀；所述压力传感器组（21）、温度传感器组（22）、高清摄像机组（23）、控制阀分别与数据采集和控制系统电连接。

4.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述混合流体注入系统包括存储地层水的地层水罐（1），所述地层水罐（1）与地层水注入泵（3）的入口端连接，所述地层水注入泵（3）的入口端设有控制阀；所述地层水注入泵（3）的出口端与气液混合器（18)连接，连接处设有流量调节阀、液体流量计（5）及控制阀，所述流量调节阀用来调节地层水注入泵（3）注入井筒模拟系统的注入流量大小，所述液体流量计（5）用来计量向井筒模拟系统的注入流量；通过地层水注入泵（3）向井筒模拟系统注入地层水，用于模拟地层水向井筒模拟系统侵入工况；

所述混合流体注入系统还包括天然气气瓶（11）、缓存罐（56)及自动点火系统（59)，所述天然气气瓶（11）用于在实验初始阶段向系统提供天然气，直至缓存罐（56)内储存有可用于循环的天然气时关闭；所述缓存罐（56)用于天然气气瓶（11）关闭后向系统提供可循环的天然气，以便使天然气循环利用，减少天然气的消耗；所述天然气气瓶（11）与气体循环泵（14）进气端通过控制阀连接，所述气体循环泵（14）进气端与控制阀之间另外依次连接控制阀与缓存罐（56)；缓存罐（56）上安装有温度传感器、压力传感器及安全阀，温度传感器与压力传感器分别用于监测缓存罐（56）内天然气的温度及压力，安全阀用于对缓存罐（56）超压保护，气体循环泵（14）驱动气入口经控制阀与气体增压泵（12）连接，气体增压泵（12）用于向气体循环泵（14）提供高压驱动空气，为气体循环泵（14）提供驱动动力，气体循环泵（14）出气端依次经流量调节阀、气体流量计（16）、控制阀与气液混合器（18连接，流量调节阀用于调节气体循环泵（14）出气端的出口流量大小，气体流量计（16）用于测量注入气液混合器（18）的气体流量，气液混合器（18）使气体循环泵（14）输出的天然气与地层水注入泵（3）输出的地层水进行充分的混合，使天然气与地层水形成均匀的混合流体；

所述自动点火系统（59)用于实验结束后对系统内剩余气体进行点火并燃烧处理，防止天然气进入大气污染环境；所述自动点火系统（59)与缓存罐（56）连通；

所述控制阀、地层水注入泵（3）、流量调节阀、液体流量计（5）、气体增压泵（12）、气体循环泵（14）、气体流量计（16）、温度传感器、压力传感器、安全阀、及自动点火系统（59)与数据采集和控制系统电连接。

5.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述分离系统包括气液分离器（48）、集液罐（50)、天平（51)；所述气液分离器（48）进气端经背压阀与井筒模拟系统连通；所述气液分离器（48）用于对井筒模拟系统流出的混合流体进行气液分离，背压阀用于为井筒模拟系统提供实验所需背压；

所述气液分离器（48）上安装有安全阀、压力传感器、温度传感器；所述安全阀用于为气液分离器（48）提供超压保护，压力传感器、温度传感器分别用于监测及采集气液分离器（48）内的压力及温度；

所述气液分离器（48）液体出口端阀与集液罐（50)连接，集液罐（50)位于天平（51)上；所述集液罐（50)用于收集气液分离器（48）分离出的地层水；所述天平（51)用于对集液罐（50)收集地层水进行计量；

所述气液分离器（48）出气端与缓存罐（56）连接；所述压力传感器、温度传感器、天平（51)、背压阀与与数据采集和控制系统电连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述抽真空系统包括真空泵（8）及真空压力传感器（62)；所述真空泵（8）及真空压力传感器（62)与井筒模拟系统连通；所述真空泵（8）主要用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空，防止井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统内空气对实验的干扰；真空泵（8）及真空压力传感器（62)与数据采集和控制系统电连接。

7.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述温度控制系统由温度控制箱（58)组成，所述井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统均位于温度控制箱（58)内，温度控制箱（58)用于对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统进行温度调控，达到实验所需温度；所述温度控制箱（58)与数据采集和控制系统电连接。

8.根据权利要求1所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置，其特征在于，所述数据采集和控制系统包括计算机（61)及控制柜（60)；所述计算机（61)通过数据线与控制柜（60)连接，所述控制柜（60)分别与井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统连接；所述控制柜（60)执行计算机（61)对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统内设备发布的控制及数据采集指令；所述计算机（61)用于发布对井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统、温度控制系统及抽真空系统控制及数据采集指令，同时存储及处理控制柜（60)反馈的采集数据。

9. 一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置的实验方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：设备预冷过程

实验操作人员首先通过数据采集和控制系统控制温度控制箱（58)使内部安装的井筒模拟系统、混合流体注入系统、分离系统及抽真空系统达到实验所需温度，设备预冷过程的作用是模拟气井开采过程中井筒内的实际温度环境，设备预冷过程完成；

S2：抽真空过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制真空泵（8）对井筒模拟系统、混合流体注入系统及分离系统进行抽真空；

S3：井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制流量调节阀及背压阀使注入混合流体达到实验所需气液比工况及模拟井筒压力工况，数据采集和控制系统控制气体增压泵（12）及地层水注入泵（3）将天然气与地层水形成的混合流体向可视模拟井筒（20）注入，流经可视模拟井筒（20）后的混合流体经气液分离器（48）进行气液分离，分离后的地层水运移至集液罐（50)，分离后的天然气运移至缓存罐（56），当缓存罐（56）的压力与模拟井筒压力实验所需压力相等时，数据采集和控制系统控制由缓存罐（56内存储的天然气提供实验所需气源，以便节约天然气用量，然后，气体循环泵（14）驱动缓存罐（56）内存储的天然气和地层水注入泵（3）驱动地层水罐（1）内地层水重复上一步流程，持续循环往复进行混合流体在可视模拟井筒（20）内流动过程，通过数据采集和控制系统监测可视模拟井筒（20）的可视管筒体（64)内水合物的出现、附着、聚并、部分堵塞直至堵塞完全过程，若可视模拟井筒（20）堵塞完全，关闭地层水注入泵（3）、气体增压泵（12）、气体循环泵（14）及相关阀门，数据采集和控制系统采集的所有数据用于分析井筒混合流体流动过程及水合物堵塞井筒过程的温度、压力及图像变化规律，分析水合物在可视模拟井筒（20）内的堵塞速率，以及分析水合物堵塞井筒的堵塞机理，井筒混合流体流动及水合物堵塞井筒过程完成；

S4：后续处理过程

实验操作人员通过数据采集和控制系统控制开启自动点火系统（59)，自动点火系统（59)将把系统中的天然气进行燃烧处理，直至系统中的天然气完全燃烧，后续处理过程完成。

10.根据权利要求9所述的一种模拟采气过程中水合物堵塞井筒的装置的方法，其特征在于，步骤S2中，所述抽真空过程直至真空压力传感器（62)达到-0.09MPa时结束。

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