[发明专利]天然气水合物开采模拟及出砂、防砂实验方法

说明书

本发明涉及土工实验技术领域，尤其涉及一种天然气水合物开采模拟及出砂、防砂实验方法。包括以下步骤：S1、气密性检查；S2、生成天然气水合物；S3、开采模拟：开采模拟过程根据需要可采取热激法或降压法，每一种方法又分为开采井区域模拟及反应釜整体模拟；S4、产出收集：包括①初次收集和②二次收集；S5、重复实验：根据实验需要，对防砂内网、防砂外网规格、混合砂样、防砂砾石层级配、颗粒构成等进行调整，并重复上述实验步骤；S6结果分析：实验结果分析包括水合物分解产气规律、出砂特性、防砂措施及水合物生成分解动态演化等分析。本发明可以开展多种作业模式下的水合物开采模拟，并可对开采过程中的出砂特性、防砂措施进行实验分析。

技术领域

本发明涉及土工实验技术领域，尤其涉及一种天然气水合物开采模拟及出砂、防砂实验方法。

背景技术

天然气水合物(又称可燃冰)是一种由水与天然气(主要为CH₄)在低温高压环境下形成的结晶物质，广泛分布于深海地层以及陆地永久冻土地带。作为一种能量密度高、环境污染小、分布广泛的新型能源，水合物受到了世界各国的密切关注。水合物资源的开发前景主要受开采技术条件及开发成本的控制，因此应以实际工程地质条件为基础，结合储层特性选取合理的开采方式。目前水合物的开采方法主要有热激、降压、化学试剂、二氧化碳置换等。虽然开采方法各异，但是水合物开采的实质都是水合物分解，分解过程中气体不断产出，孔隙压力持续升高，随之产生一系列的地质力学问题(如井壁失稳、海底滑坡、海底泥石流等)。因此在实际开采之前，开展水合物的模拟研究尤其是开采方法以及分解产气规律的研究具有十分重要的工程意义。

此外，实际水合物开采过程中，随水合物开采的深入，将不可避免的发生颗粒运移，即出砂问题。一旦发生出砂，将极大程度上降低产气效率，并造成严重的安全问题。目前全球范围所开展的水合物试采均不同程度受到了出砂问题的困扰，例如日本开展的两次水合物试采，都因出砂问题被迫提前终止开采。因此亟需开展针对水合物开采过程的出砂问题研究，尤其是需要提有效的防砂措施，进一步助力水合物资源产业化进程。

由于水合物稳定赋存的严苛条件，现阶段可用于天然气水合物开采模拟及出砂、防砂研究的实验装置十分匮乏。而且随着开采技术的发展，在单一竖井基础上，各种水平井以及多井联合作业模式相继出现，然而针对这些多样化开采方式的室内研究却十分鲜见；此外，围绕开采方式的出砂、防砂研究亦略显不足，尤其是结合常规防砂筛网及防砂砾石过滤层的综合防砂措施尚未见报道。在此基础上的水合物储层类型与开采状态、出砂规律、防砂措施之间的相互关系更有待进一步的深入研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是由于水合物稳定赋存的严苛条件，现阶段可用于天然气水合物开采模拟及出砂、防砂研究的实验装置十分匮乏。

为解决上述技术问题，本发明一种天然气水合物开采模拟及出砂、防砂实验方法，可以开展多种作业模式下的水合物开采模拟，并可对开采过程中的出砂特性、防砂措施进行实验分析。

为达到上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种天然气水合物开采模拟及出砂、防砂实验方法，主要包括如下的步骤：

S1、气密性检查

对整个实验系统的所有管路进行通气，完成气密性检查。

S2、生成天然气水合物

该步骤主要包括如下环节：

①根据实验目的，首先配置特定级配的干砂，同时根据水合物饱和度准备一定量的去离子水，将干砂与去离子水充分混合，形成混合砂样。

②将混合砂样放入反应釜内，然后采用轴压控制器调节伸缩轴长度，通过压力板对混合砂样进行压实；若开采过程不需要对上覆岩层压力进行模拟，则将压力板升高，若需要对开采过程模拟上覆压力，则通过轴压控制器施加特定压力，进一步压实混合式样。