[实用新型]评价CO2/N2置换法开采水合物时井筒出砂与防砂的装置

说明书

本实用新型公开评价CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒出砂与防砂的装置，其装置包括高压反应釜、注气注液系统、温度控制系统、气液固分离系统、压力控制系统和数据采集系统，高压反应釜中部安装有贯穿其底盖的刚性管，注气注液系统通过注气注液口接入高压反应釜，压力控制系统用于控制高压反应釜内的轴压、孔压和回压，气液固分离系统用于收集实验过程中产生的气体、液体和固体，数据采集系统用于采集所有物理状态信息。该装置结构简单、操作简便、可靠性好，能够模拟不同地质条件下CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒内的出砂情况，进而评价CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒内的出砂规律以及安装不同防砂筛网后的防砂效果，为天然气水合物勘探与开发提供技术支持。

技术领域

本实用新型涉及天然气水合物勘探与开发技术领域，尤其涉及评价CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒出砂与防砂的装置。

背景技术

天然气水合物(简称水合物)是由水和气体(主要为CH₄)在高压低温的条件下形成的似冰状固体，俗称可燃冰，水合物主要分布于海底和陆地冻土区，具有分布广、储量丰富、能量密度大等特点，被视为最具有潜力的非常规能源，我国于2017年11月16日将天然气水合物列为第173个矿种。

目前水合物开采方法主要有降压法、热激发法、化学试剂法以及 CO₂/N₂置换法。前三种方法的基本思路是人为打破水合物存在的温度与压力平衡条件，使水合物发生分解，而CO₂/N₂置换法通过客体分子CO₂降低CH₄水合物中CH₄分子的分压，形成CO₂水合物，并将CH₄分子置换出来，在置换过程中，CO₂水合物的生成过程提供了 CH₄水合物分解所需的热量。CO₂/N₂置换法不仅可以开采水合物中的 CH₄，还可以实现CO₂地下封存，减小温室效应，并保持水合物地层的稳定性，减少地质灾害发生的可能性，具有经济和环境上的双重意义，与传统的水合物开采方法相比具有其无法比拟的优势。

水合物开采过程中会有砂产出，因而限制了水合物的安全高效开采，无论是2007年加拿大Mallik试开采井、2012年美国阿拉斯加 IgnikSikumi开采水合物试验井，还是2013年和2017年日本两次水合物试开采都出现了不同程度的出砂问题。目前国内外已进行的水合物开采出砂研究发现，引起出砂的主要原因可能是水合物分解对地层固结作用消失，并且分解过程中地层有效应力增加引起储层剪切破坏，产生可以移动的砂颗粒，同时孔隙水向井筒的流动又为砂颗粒移动提供了动力。CO₂/N₂置换法开采CH₄水合物时又可以形成CO₂水合物，水合物地层依然保持稳定，地层有效应力也不会有太大的变化，并且开采过程中置换出来的主要是CH4，向井筒流动的孔隙水可能非常少，因此CO₂/N₂置换法开采水合物从理论上可以很大程度地减少或者避免出砂问题。

目前使用实验手段研究水合物开采中出砂规律与防砂效果的装置较少，并且没有针对CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒出砂与防砂的装置及方法。CO₂/N₂置换法开采水合物时，水合物地层保持稳定，地层有效应力也不会有太大的变化，向井筒流动的孔隙水可能非常少，理论上可以很大程度地减少或者避免出砂问题，因此研制出能够模拟CO₂/N₂置换法开采水合物时井筒的出砂情况的装置，进而评价水合物开采过程中井筒内的出砂规律以及安装不同防砂筛网后的防砂效果意义重大。

实用新型内容