【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气水合物开发行业中的防砂完井，具体涉及一种天然气水合物储层砾石充填防砂长周期模拟实验装置与防砂图版构建方法。
技术介绍
1、天然气水合物资源丰富、污染较少且资源价值高，高效开发对改善我国能源结构，实现“双碳”目标具有战略意义。天然气水合物主要分布于海底和永久冻土以下，可采天然气储量是已探明的常规石油和天然气的两倍。与传统油气藏相比，天然气水合物储层胶结强度低、泥质含量高、地层砂粒径小，生产过程中容易出砂，导致产气量显著降低，严重时还可能造成停产，严重制约水合物藏开发，中国、美国、日本、加拿大等国的水合物生产试验都证实了这一问题。中国南海神狐海域水合物储层属于泥质粉砂型储层，被评估为出砂风险严重。2017年中国南海第一次水合物探索性试采采用预充填筛管防砂完井方式，试采持续60天，日均产气量5150m3/d，防砂具有较好的效果，2020年中国南海第二次水合物试验性试采作业采用预充填筛管砾石充填复合防砂完井方式，试采持续30天，日均产气量2.87×104m3/d，在月级尺度的试采周期内工程防砂达到了控砂目的，经受住了出砂问题的考验。但是海域天然气水合物商业化临界产能5×105m3/d，生产周期一般可达5～10年。目前天然气水合物产能及试采周期和水合物商业化开采相比仍有一段距离。
2、限制水合物商业化开采的其中一个关键因素是水合物试采过程中的出砂问题，中国两轮水合物试采作业形成了以砾石充填为主的防砂完井系统，如图1所示，筛管剖面如图1中37所示，图中箭头方向为开采时水合物储层中流体的流动方向。然而采用防砂完
3、面对未来天然气水合物试采对长周期和高产能的要求，合理优化设计砾石充填防砂系统防砂精度对于实现防砂与增产的协同作用具有重要意义。目前主要是根据地层砂粒径并结合砾石充填室内模拟实验来设计水合物储层砾石充填防砂精度，该方式主要存在以下问题：
4、(1)现有砾石充填防砂模拟实验装置无法准确模拟水合物井底砾石充填防砂系统结构，且装置耐压较低，开展实验周期较短，无法模拟水合物长周期生产条件下砾石充填系统泥砂侵入堵塞过程，并且装置缺乏灵活性无法模拟水合物井底不同生产工况，导致实验测试结果缺乏真实性，无法为现场水合物井砾石充填防砂精度设计提供有力的支撑。
5、(2)目前主要根据地层砂粒径，采用砾石尺寸经验公式(saucier公式)设计水合物储层砾石充填防砂精度，防砂精度优化设计考虑因素较少，并缺乏不同因素和砾石充填防砂系统防砂精度间的定量关系，无法使用统一的定量化指标去评价不同防砂精度砾石层的优劣。
6、(3)防砂与增产相互矛盾，提高砾石充填防砂精度会增强砾石充填防砂系统防砂性能，但是会导致流通性能减弱，不利于水合物井产量的提高。目前砾石充填防砂精度设计一般以提高防砂性能为目的，未重点考虑水合物井产能的问题，目前缺乏综合考虑防砂与增产作用的防砂精度调控方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的为：(1)专利技术一套水合物储层多工况模拟长周期出砂与防控一体化实验系统，用于研究不同防砂精度条件下砾石充填防砂系统堵塞及产能变化规律。实验系统可以真实模拟水合物井底砾石充填防砂系统结构，并可以灵活调整装置组装方式以模拟不同水合物井底生产工况，以实现长周期生产条件下不同防砂精度砾石层内泥砂侵入堵塞过程的真实模拟。
2、(2)专利技术一套基于实验测试结果及砾石层结构的水合物储层rspc防砂图版，针对影响砾石充填防砂精度设计的不同影响因素，构建不同参数的定量计算表达式并形成防砂图版，从而使用统一的定量化指标评价不同防砂精度砾石层性能差异，支撑防砂精度的优化。
3、(3)专利技术一套基于rspc防砂图版的水合物储层防砂精度优化及调控方法，综合考虑防砂与增产的协同作用，合理调整防砂图版参数取值范围，优化调控水合物储层砾石充填防砂系统合理防砂精度范围，以实现天然气水合物的长期高效开发。
4、基于此，本专利技术公开了一种天然气水合物储层砾石充填防砂长周期模拟实验装置与防砂图版构建方法，具体采用了如下技术手段：
5、本专利技术公开了一种天然气水合物储层砾石充填防砂长周期模拟实验装置，包括出砂与防控一体化模拟系统、流体注入系统、围压泵、液体回收罐和数据采集系统，
6、所述出砂与防控一体化模拟系统包括依次且可拆卸连接的储层模拟模块、井筒环空砾石层模拟模块和筛管预充填层模拟模块；
7、所述储层模拟模块内可拆卸的设有岩心，用于模拟天然气水合物储层，所述井筒环空砾石层模拟模块内充填有砾石层防砂介质，用以模拟井筒环空砾石层，所述筛管预充填层模拟模块内充填有筛管预充填层防砂介质，用以模拟筛管预充填层；所述砾石层防砂介质和筛管预充填层防砂介质可以选用陶粒。
8、所述储层模拟模块远离井筒环空砾石层模拟模块的一端，以及所述筛管预充填层模拟模块远离井筒环空砾石层模拟模块的一端均设有带螺纹死堵；
9、所述流体注入系统和围压泵均与储层模拟模块连接，所述液体回收罐与筛管预充填层模拟模块连接，所述数据采集系统与出砂与防控一体化模拟系统信号连接。
10、现有的天然气水合物出砂模拟实验装置的主体一般为岩心夹持器，装置仅可以放置岩心模拟水合物储层的出砂过程，无法放置天然气水合物储层防砂介质开展防砂实验研究。现有的防砂模拟装置一般尺寸较大，材质多为亚克力材质，耐压0-5mpa，可以开展实验的周期为0-2h，实验周期较短。
11、本专利技术的模拟实验装置是集出砂功能和防砂功能与一体的长周期出砂与防砂一体化实验装置，本专利技术的模拟实验装置的主体为由储层模拟模块、井筒环空砾石层模拟模块和筛管预充填层模拟模块组成的出砂与防控一体化模拟系统，通过在储层模拟模块中放置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天然气水合物储层砾石充填防砂长周期模拟实验装置，其特征在于，包括：出砂与防控一体化模拟系统、流体注入系统、围压泵、液体回收罐和数据采集系统，
2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述储层模拟模块可容纳长度在0～120mm的岩心，所述筛管预充填层模拟模块可容纳长度在0-50mm的筛管预充填层。
3.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述流体注入系统包括注入支路Ⅰ、注入支路Ⅱ和气液混合器，
4.一种天然气水合物储层防砂图版构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的防砂图版构建方法，其特征在于，步骤2)中，控砂指数Wd的计算方法为：
6.根据权利要求4所述的防砂图版构建方法，其特征在于，步骤2)中流动指数Wl的计算方法为：
7.根据权利要求4所述的防砂图版构建方法，其特征在于，步骤3)中，砾石层内部孔隙体积Vf的计算方法为：
8.根据权利要求4所述的防砂图版构建方法，其特征在于，步骤3)中，孔隙堵塞率RP的计算方法为：
9.根据权利要求6
10.根据权利要求6所述的防砂图版构建方法，其特征在于，取值为0.60，取值分别为0.3、0.4、0.4。
...【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物储层砾石充填防砂长周期模拟实验装置，其特征在于，包括：出砂与防控一体化模拟系统、流体注入系统、围压泵、液体回收罐和数据采集系统，
2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述储层模拟模块可容纳长度在0～120mm的岩心，所述筛管预充填层模拟模块可容纳长度在0-50mm的筛管预充填层。
3.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述流体注入系统包括注入支路ⅰ、注入支路ⅱ和气液混合器，
4.一种天然气水合物储层防砂图版构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的防砂图版构建方法，其特征在于，步骤2)中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨枫，董长银，薛冬雨，王浩宇，刘有闯，李国龙，白莉，尹彬，张础巍，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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