CN208816100U - 基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设置有中心主井网、顶部气室、填砂层和底部气室；填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层分支井，所述分支井与中心主井网轴向垂直；通过采用在中心主井网的侧向开孔的方式向四周布设多分支孔，由中心主井网带动分支孔共同降压进行水合物开采，有效增大水合物储层泄流面积，能够为实现水合物的高效开采、产能评价、开发方案和工艺设计优化提供理论基础。

Description

基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜

技术领域

本实用新型属于海洋天然气水合物资源开发实验研究领域，具体涉及一种基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，为建立新型的水合物开采增产技术提供模拟实验平台。

背景技术

已有调查结果表明，天然气水合物资源量巨大，预估储量至少是传统石油天然气总和的2倍。全球99％的天然气水合物资源赋存于海洋中，因此建立高效可靠的海洋天然气水合物试采技术是实现资源商业化利用的关键。截至目前，日本和中国先后三次实施了海域天然气水合物资源试采，均是以单一垂直井降压开采为基础进行的工艺设计。

但是，通过三次试采也暴露出严重的效率问题，目前的单一井降压所获取的产气量，即使在中粗砂储层中也难以满足商业化的需求，因此必须开发新的增产工艺。目前多分支孔多在每层瓦斯、煤层气、页岩气和常规油气中使用，比如，授权公告号为【CN104196527B】的发明专利公开的多分支井产能模拟系统与多分支井产能模拟实验方法、授权公告号为【CN103437705B】的发明专利公开的本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置以及授权公告号为【CN207080216U】的新型专利公开的多分支井产能试验装置等也都服务于油气、煤层气开采等领域。

与常规油气开采领域不同，在海洋天然气水合物资源开发研究领域，由于其所应用领域、高压低温环境、水合物试采模拟实验工艺方法等的不同，多分支孔设计及应用也受到很多限制。本实用新型基于多分支孔技术创造性的提出一种模拟开采水合物的反应釜，当井筒进入水合物储层后，通过侧向开孔的方式向四周布设多分支孔，通过主井筒带动分支孔共同降压进行水合物开采，其优势是多分支孔能够增大水合物储层泄流面积，从而提升产量，可为水合物的高效开采、产能评价、开发方案和工艺设计优化提供理论基础。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，通过采用在中心主井网的侧向开孔的方式向四周布设多分支孔，以有效增大水合物储层泄流面积，从而提升产量，能够为详细了解海域水合物多分支孔开采效率、生产特征等提供详实的实验数据。

本实用新型是通过以下方案实现的，基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设置有中心主井网、顶部气室、填砂层和底部气室，填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，采用上下双薄膜设计可有效防止填砂层及内部储水穿透，结合顶部气室和底部气室保证甲烷气体大面积从下向上渗透，使气水接触面积更大，加快水合物生成速率，所述中心主井网竖直设置在反应腔室的中间部位，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层分支井安装孔，分支井安装孔上对应的设置有分支井，分支井的长度、射孔尺寸、射孔位置、射孔类型可根据实验设计，分支井与中心主井网采用快插式O型圈密封，可快速更换分支井，所述分支井与中心主井网轴向垂直，所述反应釜内均匀布设有若干个测试点，所述测试点处安装有压力传感器、温度传感器和电阻测试电极，用于实现对测试点处的流体状态(水、气、水合物)的检测判断，压力传感器、温度传感器和电阻测试电极均安装在同一个接头内，方便定位、安装与维护。

进一步的，所述分支井采用割缝井或射孔井，可根据实验需要设计不同规格的分支井(如割缝井的宽度、长度、间距，射孔井的射孔直径大小、密度、间距)，且在分支井的射孔或割缝的外侧根据实验需要安装不同规格的防砂单元。

进一步的，所述透气不透水薄膜的外侧还设置有承重隔板，透气不透水隔膜安装在承重隔板和填砂层之间，所述承重隔板采用多孔介质烧结的过滤板，其上设置有多个通孔，既能承重又能快速、均匀透气，同时还可以保护透气不透水薄膜。

进一步的，所述分支井包括上下两层，每层均匀设置有6个分支井，均与中心主井网相连，且轴向垂直于中心主井网，具体在实验时，可以选择在任何一位置安装分支井，比如安装单层单个、单层多个、多层多个，未安装分支井的分支井网安装孔通过专用接头封堵，达到自由组合降压开采。

进一步的，所述分支井的内部还设置有恒温电加热管，避免水合物在分支井网和主井网内部生成堵塞井网，在降压开采时，与可防止因水合物分解吸热造成的分支井网和主井网内部因降温冰冻、堵塞。

进一步的，反应釜筒体上还设置有与液体注入单元相连的流体注入口，法兰的底部设置有气体注入口。

进一步的，所述反应釜通过紧固螺栓将反应釜筒体与法兰相连，并采用径向密封环密封，所述反应釜筒体的两侧对称设置有旋转支架，通过带锁紧装置的减速电机手动旋转，便于反应釜的安装、拆卸和维护。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本方案所提出的实验模拟反应釜结合多分支孔技术，在水合物开采领域进行创新设计，通过采用在中心主井网的侧向开孔的方式向四周布设多层分支孔，由中心主井网带动分支孔共同降压进行水合物开采，采用多分支孔的设计形式及分支井的多种组合方式有效增大水合物储层泄流面积，为提高开采效率提供实验依据，而且，所述分支井可采用割缝井或射孔井，规格自由选择，为避免水合物在分支井网和主井网内部生成堵塞井网，在分支井的内部还设置有恒温电加热管，在降压开采时，可防止因水合物分解吸热造成的分支井网和主井网内部因降温冰冻、堵塞，该反应釜结合设计新颖、巧妙，能够为研究水合物的高效开采、产能评价、开发方案和工艺设计优化提供重要的理论基础。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述反应釜的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中所述顶部气室俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中心主井网结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述分支井的第一结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述分支井的第二结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述分支井的第三结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述分支井的第四结构示意图；

图8为本实用新型实施例所述分支井的第五结构示意图；

图9为本发明实施例所述测点处接头结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例，一种基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，反应釜为天然气水合物的生成、开采场所，如图1所示，所述反应釜包括反应釜筒体1以及与反应釜筒体1通过紧固螺栓3连接的法兰2，反应釜筒体1与法兰2密封连接并形成一反应腔室7，反应釜筒体1上还设置有流体注入口11，法兰2的底部设置有气体注入口12；反应腔室7内设置有中心主井网4、顶部气室5、填砂层和底部气室6，填砂层位于顶部气室5和底部气室6之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜8，采用上下双薄膜设计可有效防止填砂层及内部储水穿透，结合顶部气室5和底部气室6保证甲烷气体大面积从下向上渗透，使气水接触面积更大，加快水合物生成速率，而且，所述透气不透水薄膜8的外侧还设置有承重隔板，所述外侧是指远离填砂层的一侧，透气不透水膜安装在承重隔板和填砂层之间，结合图2所示，所述承重隔板采用多孔介质烧结的过滤板，过滤板上设置有透气孔13，既能承重又能快速、均匀透气，同时还可以保护透气不透水薄膜8。

继续参考图1，所述中心主井网4竖直设置在反应腔室7的中间部位，中心主井网4的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体1，如图3所示，沿中心主井网4的高度方向设置有多层分支井安装孔41，所述分支井安装孔41上对应的设置有分支井10，所述分支井与中心主井网轴向垂直，如图1所示，所述分支井10包括上下两层，本实施例中，每层均匀设置有6个分支井，均与中心主井网4相连，且轴向垂直于中心主井网4，具体在实验时，可以选择在任何一位置安装分支井，比如安装单层单个、单层多个、多层多个，未安装分支井的分支井网安装孔通过专用接头封堵，达到自由组合降压开采；而且本实施例中，所述分支井采用割缝井或射孔井，如图4-8所示，可根据实验需要设计不同规格的分支井，如割缝井的割缝101的宽度、长度、间距(如图4和图5所示)，射孔井的射孔102直径大小、密度、间距(如图6-8所示)，且在分支井的射孔或割缝的外侧根据实验需要安装不同规格的防砂单元(过滤网)。本实施例中，所述分支井与中心主井网采用快插式O型圈密封，可快速更换分支井。

另外，为了避免水合物在分支井网和主井网内部生成堵塞井网，所述分支井10的内部还设置有恒温电加热管，在降压开采时，与可防止因水合物分解吸热造成的分支井网和主井网内部因降温冰冻、堵塞。本方案所述反应釜通过紧固螺栓将反应釜筒体与法兰相连，并采用径向密封环密封，所述反应釜筒体的两侧对称设置有旋转支架9，通过带锁紧装置的减速电机手动旋转，便于反应釜的安装、拆卸和维护。

如图2和图9所示，所述反应釜内均匀布设有若干个测试点18，所述测试点18处安装有压力传感器181、温度传感器182和电阻测试电极183，用于实现对测试点处的流体状态(水、气、水合物)的检测判断，参考图9，所述压力传感器181、温度传感器182和电阻测试电极183均安装在同一个接头内，所述接头包括压帽184以及与压帽184配合的压垫185，方便定位、安装、维护，其中，反应釜的尺寸可根据需要进行设计，比如采用尺寸为φ800mm×200mm，材质选用316L不锈钢，耐压15MPa，本实施例中安装5*5*2层＝50个测试点，测点间距130mm，即将压力传感器181、温度传感器182和电阻测试电极183通过插入深入的不同实现双层测点布设。

通过本实施例所述的反应釜，可以进行以下实验操作，为详细了解海域水合物多分支孔开采效率、生产特征等提供详实的实验数据：

(1)实验室环境下有效模拟海域天然气水合物生成分解过程：

本实施例通过在填砂层上下设计安装有透气不透水薄膜，上下双薄膜设计可有效防止填砂层及内部储水穿透，结合上下部气室保证甲烷气体大面积从下向上渗透，使气-水接触面积更大；同时注入气体在进入反应釜前可通过长盘管管道冷却，加快水合物生成。分解时通过多分支井的布置，加大开采波及面积，可增加天然气开采速率。

(2)双层多分支井网设计，实现大直径主井眼多分支孔降压过程：

本装置在高度方向设计有上、下两层多分支井安装孔，每层设计6个，全部连接到垂直中心主井网，利用自动回压控制装置设定降压开采压力数值。实验前可选择在任一位置安装分支井，可多层多个安装，未安装分支井的使用专用接头堵塞，达到自由组合降压开采。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，从而使水合物从固态分解相变产生甲烷气体的过程。

(3)多分支孔具备防堵功能

多分支井网内部自带加热恒温装置设计，避免水合物在分支井和中心主井网内部生成，堵塞井网，在降压开采时，也可防止因水合物分解吸热，造成分支井网和中心主井网内部因降温冰冻、堵塞。

分支孔的防砂能力主要是在分支井外侧安装不同的防砂单元，结合多分支井网的布置方式、不同的开采方式，在开采过程中或开采结束后，收集出砂砂砾，利用激光粒度分析仪测量出砂粒径，利用电子天平测量出砂量，通过出砂粒径和重量评价防砂单元的防砂效果。

(4)研究天然气水合物在均质模型、非均质模型中的生成分布、分解流态等：

本装置在反应釜内大量布置的温度、压力、电阻测量点，配备有0.1％高精度压力传感器计量反应釜内部及注水、注气压力；通过入口的高压气体质量流量计和出口的气体质量流量计精确测量进出模型的甲烷气体体积数值；通过精度达到0.001ml/min的恒速恒压泵精确控制液体流量进而控制气液比。

(5)研究不同布井方式开采(布井位置、射孔位置、射孔间距、射孔类型等)对天然气水合物采收率的影响：

不同布井方式开采(布井位置、射孔位置、射孔间距、射孔类型等)主要是在垂直主井上设计不同的多分支井网安装位置，设计多种多分支井网(如割缝井、射孔井)，不同规格的多分支井网(如割缝井的宽度、长度、间距，射孔井的射孔直径大小、密度、间距)。

可见，通过本实用新型方案能够完整的模拟多分支孔开采水合物的工艺流程，可为实现水合物的高效开采、产能评价、开发方案和工艺设计优化提供重要的理论基础。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于，包括反应釜筒体以及与反应釜筒体通过紧固螺栓连接的法兰，反应釜筒体与法兰密封连接并形成一反应腔室，反应腔室内设置有中心主井网、顶部气室、填砂层和底部气室；

填砂层位于顶部气室和底部气室之间，在填砂层的上下两端设置有透气不透水薄膜，所述中心主井网竖直设置在反应腔室的中间部位，中心主井网的一端延伸至填砂层，另一端伸出反应釜筒体，沿中心主井网的高度方向设置有多层分支井安装孔，分支井安装孔上对应的设置有分支井，所述分支井与中心主井网轴向垂直；反应釜内均匀布设有若干个测试点，所述测试点处安装有压力传感器、温度传感器和电阻测试电极。

2.根据权利要求1所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述分支井采用割缝井或射孔井，所述割缝井或射孔井包括多种规格，且在分支井的射孔或割缝的外侧安装有防砂单元。

3.根据权利要求1所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述透气不透水薄膜的外侧还设置有承重隔板，透气不透水隔膜安装在承重隔板和填砂层之间，所述承重隔板采用多孔介质烧结的过滤板。

4.根据权利要求1所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述分支井的内部还设置有恒温电加热管。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述分支井设置为上下两层，每层均匀设置有6个分支井，均与中心主井网相连，且轴向垂直于中心主井网。

6.根据权利要求5所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述反应釜筒体上还设置有流体注入口，法兰的底部设置有气体注入口。

7.根据权利要求6所述的基于多分支孔技术模拟开采水合物的反应釜，其特征在于：所述反应釜筒体的两侧对称设置有旋转支架。