[发明专利]含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置及方法，包括注水单元、注气单元、监测模拟装置、气液分离单元和信号采集单元；检测模拟装置安装在水浴恒温箱内；检测模拟装置包括圆柱形壳体，壳体上端开口并设有顶盖密封；壳体内中轴线上设置直井井筒，直井井筒上设置方形射孔，井筒的外壁面均匀缠缚电加热线圈；壳体与直井井筒之间的环形空间内设置多个纵向集成式测试头和多个横向集成式测试头；壳体与井筒之间的环形空间内填充多孔介质。顶盖上设置注水口，壳体底面设置注气口；注水口连接注水单元，注气口连接注气单元。本发明的模拟装置对在降压与辅热联合作用下的开采过程中的气水流动进行研究。

技术领域

本发明涉及甲烷水合物开采技术领域，特别是一种降压以及辅热联合作用下含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置及实验方法。

背景技术

对于水合物储层来说，尽管降压开采一是以来被认为是最高效的开采方式，但其面临水合物开采率低、开采时间长等方面的挑战，因此降压开采与其他方式(如热激法、注化学剂法等)联合使用逐渐成为一种趋势，而降压+辅热就是典型代表，辅热可以是电磁加热、电阻加热、注热水以及注蒸汽等，均是借助于外界能量的输入来提高水合物开采率的一种方法。在开采过程中，随着水合物的融解，储层的有效渗透率得到大幅度的改善，使得融解产生的甲烷以及水在储层中的流动发生变化，这种变化规律对于实际水合物储层渗流机理、布井参数以及产能预测等方面均具有重要的影响，但目前该部分的研究主要从数值模拟的角度进行阐释，而实际的储层并不能达到数值模拟中使用的理想条件，因此需要从实验的角度对其进行校正，来提高其的预测精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究中主要从数值模拟的角度进行阐释，而实际的储层并不能达到数值模拟中使用的理想条件的问题，提供一种含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置及对应的实验方法，用于对降压和辅热联合作用下开采过程中的气水流动进行模拟实验研究。

本发明提供的含甲烷水合物的多孔介质中气水流动监测模拟装置，主要包括注水单元、注气单元、监测模拟单元、气液分离单元和信号采集单元。

所述检测模拟单元安装在水浴恒温箱内。检测模拟单元包括圆柱形壳体，壳体上端开口并设有顶盖密封。壳体与顶盖之间设有密封圈并通过螺纹连接。壳体内中心轴线上安装直井井筒，直井井筒上设置不同高度位置的方形射孔，射孔上设有防砂网。直径井筒的外壁面均匀缠缚电加热线圈，电加热线圈连接壳体外部的直流电源。井筒内对应不同高度位置的射孔位置均安装有差压测试头。壳体与直井井筒之间的环形空间内，不同高度位置的射孔所在的水平面上安装有多个纵向集成式测试头和多个横向集成式测试头。多个纵向集成式测试头围绕井筒设置，形成以井筒为圆心的第一圆环，多个纵向集成式测试头在第一圆环上等间距分布。多个横向集成式测试头分布在第一圆环的外侧形成以井筒为圆心的第二圆环，多个横向集成式测试头在第二圆环上等间距分布。所述横向集成式测试头和纵向集成式测试头均是集电阻率测试头、差压测试头以及温度探针于一体的集成式测试头。壳体与直井井筒之间的环形空间内填充干燥的多孔介质，例如石英砂。

所述顶盖上设置有压力表，壳体内靠近压力表设置过滤头，过滤头通过压力测试管线与压力表连通。顶盖上还设置注水口，壳体底面设置注气口。注水口连接注水单元，注气口连接注气单元。直井井筒顶端出口连接气液分离单元，且在直井井筒顶端出口与气液分离单元之间的连接管路上安装回压阀。

所述信号采集单元用于采集壳体内的电阻率信号、差压信号、温度信号、压力表信号以及回压阀信号。

所述注水单元包括去离子水罐和注水泵，注水泵进口连接去离子水罐，出口连接检测模拟单元的注水口。

所述注气单元包括甲烷气瓶、气体增压泵、空气压缩机、储气罐，气体增压泵进气口连接甲烷气瓶，出气口连接储气罐，储气罐连接检测模拟单元的注气口。气体增压泵同时与空气压缩机连接。