[实用新型]一种水合物二次生成及井筒携砂规律的模拟实验装置

说明书

本实用新型公开了一种水合物二次生成及井筒携砂规律的模拟实验装置，该模拟实验装置包括透明内管、套设于该透明内管外并与该透明内管夹设形成环空区域的透明外管、与该透明内管第一端连通的注热输入管线、与该透明内管第二端连通的注热输出管线、与该环空区域第一端连通的水合物输出管线、与该环空区域第二端连通的水合物输入管线、与该注热输入管线和注热输出管线分别连通的恒温液罐、以及与该水合物输入管线和水合物输出管线分别连通的气液固混合器，该透明内管和透明外管第一端固设有第一密封盖，该透明内管和透明外管第二端固设有第二密封盖，该注热输入管线和水合物输出管线分别穿过该第一密封盖并分别插入至该透明内管和环空区域内。

技术领域

本实用新型涉及天然气水合物开采模拟实验技术领域，更具体地说，涉及一种水合物二次生成及井筒携砂规律的模拟实验装置。

背景技术

水合物主要由天然气分子与水分子在符合相平衡的特定的压力和温度条件下形成的冰雪结晶状固体化合物，主要分布在海洋深水沉积地层和陆地高纬度永久冻土层。水合物的能源密度很高，当天然气开始从水合物中分解出来，每单位体积的水合物可以释放出164单位体积的天然气和0.8单位体积的水。水合物绿色无污染的燃烧特征，让其被誉为21世纪最有开发价值和前景的清洁能源，有望改善目前非清洁能源占据市场主导的能源架构。在当前全球快速发展，能源消耗巨大的时代，对世界各国而言都是极具吸引力的战略资源。

目前对水合物开采的实验和模拟仿真研究都发现，在水合物开采分解过程中都会伴随着水合物二次生成的现象。这是由于水合物在分解过程中需要吸收大量的热量，从而导致地层局部区域温度降低。根据焦耳-汤姆逊效应影响分析，甲烷气和地层水在符合水合物相平衡条件的低温高压区域又会再次形成水合物结晶，该现象即为水合物二次生成现象。二次生成的水合物会堵塞流通管道，影响井筒内流体的流动和携砂效果。

因此，研究发现水合物二次生成情况下，井筒内存在障碍或气体运移通道中出现变径时，气液固三相的运移形态和堆积过程，以及水合物注热解堵规律等问题的研究至关重要。目前，研究学者已对水合物二次生成进行了大量的研究，如现有设计的现场尺度水合物开采井井筒流动安全保障模拟实验系统，可以实现多相流流动监测、水合物形成富集模式以及流动堵塞情况、测试不同抑制剂对井筒捏水合物形成的影响等；以及现有设计的深水气井测试期间水合物沉积规律的监测装置及方法，可以模拟水合物生成的动态过程，实时观察水合物沉积附着至堵塞过程，获取水合物层厚度沿着井筒轴向的分布规律等；还有现有设计的海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统及方法，可以设计出符合水合物开采过程中地层环境的试验井子系统，在不同气水比下的高压流动过程进行模拟实验，分析砂粒在井筒中的运移、沉降规律。

但是，上述现有的实验装置多数只单一研究管道中水合物二次生成规律或井筒携砂规律，关于全面研究井筒携砂过程中水合物二次生成的规律、生成的水合物的分布及流动规律、注热解堵规律等内容的较少。在现阶段的水合物研究基础下，主要以降压法为主要的开采方法，其通过调节压力来控制水合物的分解效率，操作相对简便，不需要昂贵的激发工序，被公认为目前最具经济价值的开采方式。但是降压法存在的最大问题就是地层压力降低后促使水合物开始分解，而水合物分解过程中会吸收大量的热量，导致地层温度迅速降低，从而发生水合物二次生成，堵塞生产通道。为解决该问题，需要对地层进行热量补充，注入化学抑制剂具有成本高，环境污染严重等缺点，故常选择注热法来进行补热，解堵水合物二次生成现象。

因此，为了能够更为准确的模拟水合物开采过程中生产井井筒的真实情况，应该发明一种实验装置，根据相似性准则不仅可以分析生产井井筒环空下不同气液比、不同流速条件下的气液固三相流型和井筒携砂规律，而且可以分析水合物二次生成的温压条件、水合物结晶的赋存状态和流动特性规律，并且可以分析在水合物二次生成导致流通尺寸变径的状态下井筒环空内气液固三相流型和携砂规律、注热解堵水合物过程下井筒环空内气液固三相流型和携砂规律。从而，为天然气水合物开采的流动保障提供更为准确，且符合实际工况的实验依据。

实用新型内容