[发明专利]水合物开采储层响应与出砂综合模拟实验系统及其方法

说明书

本发明公开一种水合物开采储层响应与出砂综合模拟实验系统及其方法，实验系统包括：气体供应装置、液体供应装置、气液混合装置、反应釜、轴压控制装置、气液固分离装置和温控装置；反应釜包括：釜体、上端盖和下端盖、活塞、堵头、收集口；气体供应装置提供气体来源，液体供应装置提供液体来源，气液混合装置提供气液的混合途径，并与反应釜连接；轴压控制装置提供试样固结所需的上覆地层应力，与反应釜连接；气液固分离装置在水合物储层出砂后对出砂产物进行气液固三相分离和采集计量，与反应釜连接；温控装置控制反应釜的温度。本发明能用于水合物储层开采过程中多场、多相耦合作用下的出砂以及多物性参数联合测量。

技术领域

本发明涉及出砂及多物性参数联合测量技术领域，尤其涉及一种水合物开采储层响应与出砂综合模拟实验系统及其方法。

背景技术

水合物储层的高效安全开采的核心主要涉及：储层力学稳定与流体流动效率，二者相互耦合作用的过程最终决定了开采过程中的出砂量以及气体和水的产出量。国内外对于开采过程中相关问题的实验研究一般都是独立分开探索储层力学响应和出砂规律，在基本掌握沉积物力学性质和流体流动特征的前提条件下，着重针对流固耦合后的出砂和产水产气问题进行深入的研究，最终结合流固耦合过程对产能进行分析和评价。

在水合物沉积物的固体力学实验方面，和水合物储层开采密切相关的水合物分解过程中力学性质的研究还有所欠缺，且水合物分解对沉积物力学强度削弱影响非常大。而分解造成的力学强度损失正是开采过程中储层出砂的一个重要原因，需要在水合物力学稳定性以及流固耦合实验中予以重点关注。在流体流动特征实验研究方面，研究中多采用透明窗口、透明材料、核磁共振和CT扫描等手段，掌握水合物沉积物的具体结构特征，厘清沉积物中孔隙大小，孔隙度，水合物含量及位置，气、液相的比例等因素对绝对以及相对渗透率的影响。然而，实际的天然气水合物开采渗流过程同时还涉及沉积层骨架结构的变化、水合物的二次生成、结冰等因素的影响，单纯的稳态条件下测试不能反映实际天然气水合物开采过程中沉积层渗透性变化规律，极大地影响渗透率模型的应用以及对气、水多相渗流的预测准确性。

而水气流动过程中携带的固相砂颗粒，削弱了地层的支撑结构，可能造成井壁垮塌风险，进入循环通道内的砂颗粒也会造成设备磨损，通道堵塞或卡死，极大的威胁开采的可持续性。现阶段国内外针对出砂的原因及机理暂不明确，实验多从定性角度出发，描述各类影响因素对出砂规律的作用，关于水合物出砂实验的研究难以服务于现场实际应用。

综上可知，自然界中的水合物开采本质上是一个涉及多场多相的复杂系统，针对水合物开采过程中的水合物分解，内部结构变化，地层应力重新分布以及气液固三相运移等问题，需考虑各个环节相互耦合作用下的流固运移，才能更有效的揭示水合物开采内在机理和发展规律，保证水合物开发的安全有效进行。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种水合物开采储层响应与出砂综合模拟实验系统及其方法，能用于水合物储层开采过程中多场、多相耦合作用下的出砂以及多物性参数联合测量。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：水合物开采储层响应与出砂综合模拟实验系统，包括：气体供应装置、液体供应装置、气液混合装置、反应釜、轴压控制装置、气液固分离装置和温控装置；

所述反应釜包括：放置试样的釜体、分别位于所述釜体顶部和底部的上端盖和下端盖、穿过所述上端盖的活塞、设于所述釜体侧面的堵头；所述釜体的侧面设有若干个流体口、所述堵头下方设有收集口，出砂测试时分别用于流入流体和收集出砂产物；所述上端盖设有轴压注入孔，固结测试时用于注入液压；所述下端盖和活塞分别设有进口和出口，渗透测试时分别用于流入和流出流体；所述下端盖和活塞分别设有声波发射探头、声波接收探头，声波测试时分别用于发射和接收声波信号；所述釜体的侧面设有电阻率探头，电阻率测试时用于采集电阻率；

由所述气体供应装置和液体供应装置分别提供的气体、液体在气液混合装置中混合，所述气液混合装置分别与反应釜的进口、流体口连接，以供气和/或供液；