[发明专利]一种天然气水合物开发模拟实验装置的一维长管模型系统

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物研究的技术领域，具体地涉及一种天然气水合物开发模拟实验装置的一维长管模型系统。

背景技术

可观的储量推动开发技术的不断进步，技术的创新又将带动储量的高效动。

本世纪以来，全世界都认识到天然气水合物是一种替代常规化石燃料的清洁能源。全球已发现水合物矿藏点超过200处，以目前的能源消费趋势，仅开采15％的水合物就可供全球使用200年之久。但是，其自身形成的稳定温压条件，决定了其开采方式的特殊性，另外其开采过程中对与环境的影响还有待进一步的评估。因此，目前对水合物开采的研究除少数国家和地区进行过单井或单一井组的试开采以外，绝大部分研究还处于实验室物理模拟和数值模拟的阶段。

为了对这种储量巨大的能源进行开发利用，研究人员提出了很多方法：

①注热法：利用注入热水、蒸汽或者热盐水将水合物加热到平衡温度之上分解；

②降压法：将水合物藏的压力降低到平衡分解压力以下；

③化学剂法：注入化学药剂，比如甲醇或者乙二醇以改变水合物平衡生成条件。

针对陆域冻土区水合物，继加拿大、日本、美国等在Mallik地区开展小尺度下天然气水合物注热试采后，我国陆域天然气水合物团队也先后在祁连山冻土区开展了天然气水合物的试采工作，并取得了成功。

截止目前，国内外在实验内研究热力法开采甲烷水合物的研究仅限于一维长岩心夹持器、二维垂直井模拟。然而，水合物开发与常规油气无异，同样是一个三维渗流场压力不断降落的过程。为了更加真实有效的了解掌握水合物的合成、分解以及开采过程中不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数，进行三维水合物开采实验模拟，特别是在三维尺度上研究水合物的分解行为，意义重大。

一般来说，水合物的电阻率值要高于水或气的电阻率值，低于气体在水合物相、气相和水相等体系中的电阻率值。水合物沉积物产气的过程中，水合物逐渐分解成水和气，引起沉积物电阻率值随时间而变化。因此，水合物分解过程中的电阻率变化可以用来表征水合物沉积物的变化特征——即水合物饱和度场变化的规律。目前水合物生成分解过程的电阻率特性实验研究仅限于小型反应釜，三维开采实验过程中的电阻率变化研究鲜有研究。

另外，通过几十年的不断摸索与创新，利用水平井以及水平井-直井混合井网开发常规油气，已经是非常成熟的技术手段。在天然气水合物开发中选用水平井更具有无可比拟的优势：水平井初始开采速度、控制储量和最终评价可采储量是直井的几倍；水平井与裂缝型储集层相交机会大，比直井钻遇此类储层的机会多几十倍，有效改善储层流体的流动状况；水平井遇有边、底水或是上下围岩的特殊情况，能有效规避风险；水平井还可减少地面设施，延伸开采范围，避免地面不利条件的干扰。目前在国内室内实验室中进行三维水合物开采模拟实验中，几乎还没有用到水平井。

针对这种情况，本申请人研发了一种天然气水合物开发模拟实验装置，但是在使用中需要对含水合物地层的渗流性能进行测试，掌握水合物地层渗透率和饱和度关系及水和物分解对地层渗透率的影响，了解不同条件下钻井液侵入对水合物地层导电特性的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种天然气水合物开发模拟实验装置的一维长管模型系统,其能够对含水合物地层的渗流性能进行测试，掌握水合物地层渗透率和饱和度关系及水和物分解对地层渗透率的影响，能模拟不同条件下钻井液侵入对水合物地层导电特性的影响，研究减压和热采条件下水合物地层中的水气运移及水合物储层的产气量。

本发明的技术解决方案是：这种天然气水合物开发模拟实验装置的一维长管模型系统，天然气水合物开发模拟实验装置包括：注入系统、钻井液井口环空循环系统、模型系统、控制系统、数据测量系统、数据采集处理系统，模型系统包括一维长管岩心夹持器和三维模型系统，一维长管岩心夹持器对含水合物地层的渗流性能进行测试，三维模型系统通过控制改变生产井井底压力、注热温度来优化开发参数，该一维长管模型系统包括：一维长管岩心夹持器、衬套、测压孔、测温孔、电阻率测量电极；该一维长管模型系统用于φ50×1200mm规格的岩心，驱替工作压力16MPa，最大环压25MPa；在衬套上布置测压孔、测温孔和电阻率测量电极。