[发明专利]用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的装置及方法

说明书

本发明涉及海洋水合物钻采领域，公开了一种用于研究储层‑井筒耦合传热传质规律的装置及方法。本发明的装置能够微观模拟海洋水合物储层与井筒，能够简便、高效地模拟钻井液侵入水合物储层时储层‑井筒之间耦合传热传质的过程，实现井筒与水合物储层交界处初始时相互独立、循环钻井液时相互连通的功能，还能够便于后续采集相应的数据和影像信息，填补了技术缺陷，且更接近实际工况。

技术领域

本发明涉及海洋水合物钻采领域，具体地涉及一种用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的装置以及用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的方法。

背景技术

天然气水合物作为21世纪新型能源备受关注，它是一种类冰状的络合物，通常由甲烷与水分子组成。天然气水合物储量丰富，有机碳含量约占全球有机碳的53.3％；能量密度高，标况下1m³的天然气水合物可以分解为160m³的天然气；分布广泛，主要赋存在海洋储层以及大陆架冻土层中。根据水合物的相平衡特点，工业上提出了包括热激法、降压法、抑制剂法以及CO₂置换法在内的多种开采方法，但无论使用哪种开采方法，都需要通过钻井来实现储层与地面的连通。

然而同地面钻井相比，海洋水合物藏钻井的难度更大、风险更高。由于水合物对温度和压力极为敏感，人工作业对储层温度场和压力场的扰动会诱使储层中的水合物分解，造成储层坍塌、井壁失稳、井涌井喷等事故。其中，井筒内的压力与钻井液的组分、温度等都是影响着钻井液侵入储层速度和促进储层内水合物分解速度的重要因素。因此，深入了解钻井液循环过程中水合物储层与井筒之间传热传质的机理与规律，有利于预测、控制事故发生的风险。

目前有关水合物传热传质的研究主要以纯液相环境或纯多孔介质环境为基础条件，模型偏宏观，难以准确解释水合物颗粒、气、液的流动机理与规律，尤其是井筒与储层交界处的传热传质机理与规律。

因此，需要设计一种能够微观监测海洋水合物储层-井筒耦合传热传质规律的装置以及方法，简便、高效地模拟钻井液侵入海洋水合物储层时储层-井筒之间耦合传热传质的过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的装置以及用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的方法，以简便、高效地模拟钻井液侵入海洋水合物储层时储层-井筒之间耦合传热传质的过程。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于研究储层-井筒耦合传热传质规律的装置，包括刻蚀玻璃载片，所述刻蚀玻璃载片内限定有四周封闭的刻蚀区，所述刻蚀区包括中间流道、位于所述中间流道的一侧的第一纹理区以及位于所述中间流道的另一侧的第二纹理区，所述第一纹理区内设置有相连通的多个第一纹路，所述第二纹理区内设置有相连通的多个第二纹路，所述第一纹理区通过所述第一纹路与所述中间流道连通，所述第二纹理区通过所述第二纹路与所述中间流道连通；

所述中间流道的两端分别设置有第一开口和第二开口，所述刻蚀玻璃载片上设置有与所述第一纹路连通的第一注气口和第一注液口，所述刻蚀玻璃载片上设置有与所述第二纹路连通的第二注气口和第二注液口。

优选地，所述多个第一纹路在所述第一纹理区内不规则分布，所述多个第二纹路在所述第二纹理区内不规则分布；和/或

所述刻蚀区为菱形，所述中间流道沿所述刻蚀区的对角线方向延伸设置。

优选地，所述刻蚀玻璃载片上设置有与所述第一纹路连通的第一注油口和与所述第二纹路连通的第二注油口。

优选地，所述第一注气口、所述第一注液口和所述第一注油口均位于所述第一纹理区的背离所述第二纹理区的一侧；所述第二注气口、所述第二注液口和所述第二注油口均位于所述第二纹理区的背离所述第一纹理区的一侧。

优选地，所述装置包括采集单元，所述采集单元用于采集所述第一纹理区和所述第二纹理区内各处的温度、压力数据，优选地，所述采集单元还能够采集所述第一纹理区和所述第二纹理区内的电阻抗数据以及影像信息。