[实用新型]天然气水合物试采模拟装置

说明书

本实用新型涉及一种天然气水合物试采模拟装置，该装置包括仿真实验井、电潜泵举升系统、地层模拟配注系统、分离计量系统和监控系统，仿真实验井包括第一油管、第二油管和电潜泵举升系统井下机组；地层模拟配注系统包括空气压缩注入装置和水‑砂混合注入装置，空气压缩注入装置与第一油管连接，水‑砂混合注入装置与第二油管连接；分离计量系统包括除砂器、水气分离器和流量计，电潜泵举升系统的流体出口与除砂器相连，除砂器与水气分离器连接，水气分离器的气相出口与空气压缩注入装置连接，水气分离器的液相出口与水‑砂混合注入装置连接。该装置可以进行井筒三相流动的人工举升方式和操作参数优化研究，为水合物试采提供相关参数和技术支撑。

技术领域

本实用新型属于非常规天然气开采工程领域，具体涉及一种天然气水合物试采模拟装置。

背景技术

天然气水合物是一种由水和天然气在高压、低温条件下形成的非化学计量性笼状晶体物质，主要分布于陆地永久冻土区和海洋大陆边缘的沉积物中，具有资源量大、能量密度高、埋藏浅、分布广等特点，它被普遍认为将是21世纪最有潜力的接替能源。20世纪80年代以来，美国、加拿大、日本、韩国等发达国家在天然气水合物的研究方面给予了高度重视；出于能源战略角度考虑，我国也将高效开采天然气水合物列入中长期发展规划，并2017年5月在南海神狐地区进行了海域天然气水合物的首次试采，取得了持续时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。

天然气水合物开采过程中会发生大量分解，将对含水合物沉积层的力学性质产生不利影响，进而诱发井壁失稳、出砂、地层坍塌、海底滑坡甚至海啸等工程地质灾害。国际天然气水合物的历次试采经历表明，地层出砂与人工举升方式的联动关系是影响水合物藏能否高效开采的关键科学问题。因此，在进行水合物商业化开采之前，通过实验模拟的技术手段，研究人工举升下的井筒出砂性质，认识气、水、砂三相流动规律，对于地层出砂防治、人工举升方式及试采规律研究等具有现实意义。但现有的模拟实验装置多局限于室内，模型尺度小，实验条件也与储层有较大差异，不能真实地反映实际沉积物中的水合物试采规律。如何在室外仿真实验条件下，对天然气水合物试采中水、气、砂三相流动的人工举升过程及操作参数进行优化研究，建立安全、高效的工程技术体系，是实际生产中需要解决的问题。

针对上述情况，有必要设计一种基于仿真实验井的天然气水合物试采模拟装置，进行井筒气、水、砂三相流动的人工举升及操作参数优化研究，为水合物试采提供相关参数和技术支撑。

发明内容

为克服现有的模拟装置实验条件与储层差异较大，不能真实反映实际沉积物中的水合物试采规律的缺陷，本实用新型提供一种基于仿真实验井的天然气水合物试采模拟装置，可根据研究需要对天然气水合物试采井筒三相流动的人工举升方式和操作参数进行控制，为仿真实验设置初始条件。

为了实现以上目的，本实用新型提出了如下的技术方案：

一种天然气水合物试采模拟装置，包括仿真实验井、电潜泵举升系统、地层模拟配注系统、分离计量系统和监控系统，

所述仿真实验井包括井筒，设置在井筒内的第一油管、第二油管和电潜泵举升系统井下机组；

所述地层模拟配注系统包括空气压缩注入装置和水-砂混合注入装置，空气压缩注入装置与第一油管连接，水-砂混合注入装置与第二油管连接；

所述分离计量系统包括除砂器、水气分离器和流量计，电潜泵举升系统的流体出口与除砂器相连，除砂器与水气分离器连接，水气分离器的气相出口与空气压缩注入装置连接，水气分离器的液相出口与水-砂混合注入装置连接；水气分离器的气相出口和液相出口处均设置流量计；

所述监控系统与电潜泵举升系统和地层模拟配注系统分别连接。

进一步地，所述空气压缩注入装置包括空气压缩机和储气罐，储气罐与第一油管连接。