[发明专利]海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统及方法

说明书

本发明公开一种海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统及方法，仿真系统包括试验井子系统、水气注入子系统、分离子系统及井筒监测子系统；试验井子系统包括模拟井筒以及安装在模拟井筒内的模拟套管、模拟油管、气液混合器、防塌孔板、导流器、气体注入管路和水注入管路，模拟井筒的井口设置有井口防喷器；水气注入子系统包括高压气瓶组和水箱，水气注入子系统分别与分离子系统和井口防喷器连接，井筒内安装有电阻成像仪和电容成像仪，配合温压测试数据和测试电磁阀的开闭，实现天然气水合物开采井携砂规律与流型之间的定量仿真测量，能够全尺寸进行天然气水合物开采井不同气水比条件下井筒携砂规律间接可视化研究，可为海域天然气水合物开采井井筒流动保障注水方案的设计提供依据，满足粉砂质天然气水合物开采过程中出砂管理措施对井筒携砂能力分析的需求。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种能够可视化仿真实际海洋天然气水合物开采井筒流体携砂流动规律的仿真系统及方法。

背景技术

天然气水合物资源是一种能量密度极高的清洁能源，全球深海海域面积中约有90％以上满足天然气水合物的生成和赋存温压条件。为占领能源制高点，海洋天然气水合物的勘探开发已成为目前国际能源竞争的热点。海域天然气水合物有90％以上赋存于海底低渗透粘土或粉砂质粘土储层中，2017年5月10日-7月9日我国在南海北部成功实现全球首次粉砂质粘土储层中天然气水合物的安全可控开采，奠定了我国在该领域的领先地位。

然而，无论是我国首次海域天然气水合物试采工程还是日本海域天然气水合物试采，都面临出砂问题。我国在首次海域天然气水合物试采过程中摒弃常规油气行业“防砂”思路，以储层稳定为核心，提出了粉砂质天然气水合物开采过程中的“出砂管理”概念及基本应对措施，为我国首次海域天然气水合物试采成功提供了一定的支撑。海洋天然气水合物开采井出砂管理的基本思路是：适度控砂，防排结合，以排为主。这样做的主要目的是维持地层的稳定和生产的持续。也就是说，如果地层泥砂随流体运移至井底，则采取“防粗疏细”的控砂设计方案，使大粒径地层砂被防砂筛管或砾石层阻挡，但是占地层绝大多数的泥质含量及小颗粒砂质组分均被主动疏导至井底，通过井筒携砂方案设计，使地层泥砂产出到井口平台。

因此，海域天然气水合物试采过程中，井筒的携砂动态分析对于防止井筒砂埋、维持举升系统的正常运转至关重要。水合物生产井气液比条件下地层砂从井底到平台井口的流动规律成为天然气水合物试采过程面临的关键课题之一。如何通过定量可视化手段实施观测天然气水合物生产井筒内的泥砂运移、聚集规律，是进行天然气水合物开采井筒携砂规律研究的难点。

在常规油气井井筒携砂生产条件模拟方面，目前已有部分学者提出了大量的采用有机玻璃管甚至蓝宝石可视窗的井筒携砂规律观测装置，这些实验装置大同小异，基本上都是由供液(气)子系统、供砂子系统、模拟井筒、回收与处理子系统等构成，其核心是模拟井筒。如申请公开号CN105464606A公开了一种用两层透明同心玻璃管构成的模拟携砂井筒，能够满足小尺度低压条件下钻采双工况井筒携砂规律模拟，虽然这种肉眼可视化实验手段为直观观测井筒携砂效果的好坏提供了便利，但是肉眼观察很难达到定量评价携砂条件的精度，可视化的同时也带来了不能承受实际井筒高压条件和定量识别携砂规律的缺陷；另外也有部分专门针对特定流体(如泡沫，专利公开号CN104280315A)及特殊井型(如大斜度井，专利公开号CN202900235U)的井筒携砂效果实验装置，其共同点是：只能进行小尺度范围的模拟实验，却极少考虑实际井筒尺寸效应和高压环境效应的影响，而且，也不涉及天然气水合物生产井多组分多相流动条件下的携砂动态定量分析。