本实用新型专利技术公开了一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，包括金属管模块，金属管模块通过导线分别连接有供液模块、反压模块、液固分离模块和数据采集模块。本装置能够模拟饱和砂土在压差水流作用下的砂土颗粒运移聚集过程，能够实时监测出砂量、出砂速率和出砂粒径等参数，实验结束之后便于测量砂土粒径级配的变化。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于石油天然气
，具体涉及一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置。
技术介绍
水合物资源具有资源量大、能源密度高、储层埋深浅等特点。因此，欧美、日本、印度、韩国、中国等地区和国家都进行了大量的基础研究并形成了一些列的水合物资源开采方法。目前形成的天然气水合物资源开发方式主要有热激法开采、减压开采、化学试剂注入开采、置换开采和固体开采等。从已有的试采经验和理论研究文献来看，这些水合物资源开采方法面临着共同的难题：出砂给水合物的有效开发带来严重制约。因此，要实现水合物资源的高效开采，必须攻克出砂问题带来的困扰。与常规油气藏开发过程中的出砂问题相比，水合物藏开发过程中存在相变，其出砂与防砂面临更大的挑战，因此需要深入分析影响水合物出砂的控制因素和控制机理。目前我国政府对于天然气水合物的研发加大投入，并计划于2017年在南海首次试开采。为此，建立一套能实时监测和评价水合物井开采过程中地层砂微粒运移规律和出砂动态的实验装置，将为天然气水合物开发与研究提供技术参数，是十分必要和迫切的。目前国内外已有大量的关于水合物资源开发模拟方面的实验系统，美国有包括美国能源部下属的国家能源技术研究室(NETL)、西北太平洋国家实验室(PNL)、橡树岭国家实验室(ORNL)、布鲁克海文国家实验室(BNL)、 劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)、科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)的水合物研究中心和佐治亚理工学院(Georgia Tech)水合物项目组等都建立了各种水合物试验模拟装置。另外，英国赫里奥·瓦特大学(Heriot-Watt Uvinersity)水合物研究中心、韩国汉阳大学、日本山口大学、日本产业技术综合研究所天然气水合物研究中心等都建立了水合物模拟实验装置。国内方面，水合物开采相关的模拟实验设备及模拟方法主要有：青岛海洋地质研究所天然气水合物模拟开采实验装置(公开号：CN201747338U、CN102052065A)，广州能源所建立的开采天然气水合物模拟系统(公开号：CN101761326A、CN101550816、CN101046146)，中国海洋石油总公司天然气水合物固态开采实验模拟装置(公开号：CN101392638)，中国石油大学(北京)搭建的水合物模拟实验系统(公开号：CN101575964)，中国石油大学(华东)的水合物开采模拟实验平台(公开号：CN103410488A)等，这些实验系统和测试方法都为水合物资源的开发提供了有力的支撑。然而，这些实验装置大部分集中在水合物基本物理化学性能或开采过程中其他参数的测试方面，目前这些实验设备或实验平台均不涉及水合物生产井出砂过程的模拟和监测实验。专利公开号CN202494617U提出了一种缝内液体携砂模拟实验装置，该装置为具有平行板裂缝的透明平行板裂缝模型，可以模拟支撑剂在裂缝内的沉降过程；公开号CN202900235U公开了一种大斜度井携砂效果模拟评价装置，描述井中岩屑颗粒运移规律的研究模型。由于这些模型都是针对常规油气开采过程中的砂粒运移情况设计的，只能模拟纯液体携砂规律，不能模拟饱和气的水对地层砂的携带规律，由于水合物分解产出物为水、气混合物，其液相饱和气，因此常规设备无法满足对水合物地层携砂规律的模拟；另外， 目前常规砂粒运移实验装置均为低压系统，而水合物原位分解过程中地层处于高压条件下，因此目前常规设备无法模拟水合物分解条件下的原位砂粒运移过程。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，能够模拟饱和砂土在压差水流作用下的砂土颗粒运移聚集过程，能够实时监测出砂量、出砂速率和出砂粒径等参数，实验结束之后便于测量砂土粒径级配的变化。本专利技术主要用于探究在各种地质、工艺、开采条件下，颗粒运移在轴向的聚集规律，从而为天然气水合物开采出砂问题的研究提供一定的实验基础。本技术所采用的技术方案是，一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，包括金属管模块，金属管模块通过导线分别连接有供液模块、反压模块、液固分离模块和数据采集模块。进一步地，金属管模块由四根金属管依次首尾连接而成，相邻的金属管通过法兰连接；金属管沿轴向间隔500mm设置有2个取样孔，其中一个取样孔设置于金属管的底部，另一个取样孔，设置于金属管的侧面，两个取样孔垂直设置；取样孔处设置有堵头，取样孔处设置有数据采集模块，金属管模块下方设置有可移动支撑座。进一步地，供液模块包括混合液罐和供液泵，金属管模块的一端通过管道依次连接有供液泵和混合液罐，混合液罐和供液泵之间以及供液泵和金属管模块之间均设置有第一截止阀。进一步地，供液泵采用精密驱替泵，流量250ml/min。进一步地，液固分离模块包括第一固液分离罐、第二固液分离罐、液体 流量计，背压阀、高速摄像头，金属管模块的另一端通过管道连接有第二截止阀，第二截止阀分别通过管道连接有第一固液分离罐和第二固液分离罐；第一固液分离罐和第二固液分离罐的另一端均与第三截止阀相连接，第三截止阀通过管道依次连接有液体流量计和背压阀；第一固液分离罐与第二截止阀之间、第一固液分离罐与第三截止阀之间、第二固液分离罐与第二截止阀之间、第二固液分离罐与第三截止阀之间均设置有第四截止阀。进一步地，反压模块包括高压氮气瓶，高压氮气瓶与背压阀相连接。进一步地，数据采集模块包括压力传感器、计算机、数据采集箱、激光粒度仪和高速摄像头，压力传感器、激光粒度仪和高速摄像头均与数据采集箱相连接，数据采集箱上还分别连接有液体流量计和计算机相连接，压力传感器设置于取样孔处，压力传感器与取样孔一一对应；激光粒度仪设置于金属管上且靠近第一固液分离罐的一端，高速摄像头设置于第一固液分离罐和第二固液分离罐处。本技术的有益效果是：本技术将建立一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟实验装置法，特别是针对不同地质、工艺、开采条件下水合物储层出砂颗粒轴向聚集规律的一维水平观测分析设备，能够模拟饱和砂土在压差水流作用下的砂土颗粒运移聚集过程，能够实时监测出砂量、出砂速率和出砂粒径等参数，实验结束之后便于测量砂土粒径级配的变化。本专利技术主要用于探究在各种地质、工艺、开采条件下，颗粒运移在轴向的聚集规律，从而为天然气水合物开采出砂问题的研究提供一定的实验基础。附图说明图1是本技术天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置的结构框图；图2是本技术天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置的结构示意图；图3是本技术天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟模拟测控流程图。图中，1.金属管；2.混合液罐；3.供液泵；4.计算机；5.数据采集箱；6-1.第一固液分离罐，6-2.第二固液分离罐；7.液体流量计；8.背压阀；9.高速摄像头；10.激光粒度仪；11.取样孔；12.压力传感器；13-1.第一截止阀；13-2.第二截止阀；13-3.第三截止阀；13-4.第四截止阀；14.金属管模块；15.供液模块；16.反压模块；17.液固分离模块；18.数据采集模块；19.堵头；20.可移动支撑座，21.高压氮气瓶。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术公开了一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，包括金属管模块(14)，所述金属管模块(14)通过导线分别连接有供液模块(15)、反压模块(16)、液固分离模块(17)和数据采集模块(18)。
【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，包括金属管模块(14)，所述金属管模块(14)通过导线分别连接有供液模块(15)、反压模块(16)、液固分离模块(17)和数据采集模块(18)。2.根据权利要求1所述的天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，所述金属管模块(14)由四根金属管(1)依次首尾连接而成，相邻的金属管(1)通过法兰连接；所述金属管(1)沿轴向间隔500mm设置有2个取样孔(11)，其中一个取样孔(11)设置于金属管(1)的底部，另一个取样孔(11)，设置于金属管(1)的侧面，两个取样孔(11)垂直设置；所述取样孔(11)处设置有堵头(19)，所述取样孔(11)处设置有数据采集模块(18)，所述金属管模块(14)下方设置有可移动支撑座(20)。3.根据权利要求2所述的天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，所述供液模块(15)包括混合液罐(2)和供液泵(3)，所述金属管模块(14)的一端通过管道依次连接有供液泵(3)和混合液罐(2)，所述混合液罐(2)和供液泵(3)之间以及供液泵(3)和金属管模块(14)之间均设置有第一截止阀(13-1)。4.根据权利要求3所述的天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，所述供液泵(3)采用精密驱替泵，流量250ml/min。5.根据权利要求4所述的天然气水合物井轴向出砂一维物理模拟装置，其特征在于，所述液固分离模块(17)包括第一固液分离 罐(6-1)、第二固液分离罐(6-2)、液体流量计(7)，背压阀(8)、高速摄像头(9)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌岭，卢海龙，刘乐乐，李彦龙，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37
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