[发明专利]一种水合物开采井筒与沉积层相互作用模型及其使用方法在审
申请号: | 202111121168.4 | 申请日: | 2021-09-24 |
公开(公告)号: | CN113898337A | 公开(公告)日: | 2022-01-07 |
发明(设计)人: | 骆汀汀;张宸毅;韩涛;邹蒂;赵晓东 | 申请(专利权)人: | 中国矿业大学 |
主分类号: | E21B49/00 | 分类号: | E21B49/00;E21B47/08;E21B41/00;E21B43/01;E21B43/16;E21B43/20;E21B43/295 |
代理公司: | 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 | 代理人: | 马严龙 |
地址: | 221116 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 水合物 开采 井筒 沉积 相互作用 模型 及其 使用方法 | ||
本发明公开了一种水合物开采井筒与沉积层相互作用模型及其使用方法,本模型以安全、高效、持续开采天然气水合物矿藏为研究背景,通过模拟天然气水合物降压开采井壁与沉积层相互作用,开展天然气水合物降压开采过程中井壁与沉积层相互作用规律定量化研究,能够获取井壁变形、破坏规律及破坏特征,揭示水合物开采过程中井壁受力规律及变形机理,建立海洋天然气水合物降压开采井筒设计理论。
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域,具体涉及一种水合物开采井筒与沉积层相互作用模型及其使用方法。
背景技术
我国南海已探明天然气水合物储量达700Gt油当量,实现其大规模资源开发和商业化利用对满足我国能源需求和保障安全供给具有重要意义。2020年在南海神狐海域成功实施的天然气水合物降压试开采中,产气总量达8.6×105m3,我国海洋天然气水合物资源开发正从试开采阶段向商业化开采阶段迈进。然而,我国南海天然气水合物主要赋存于细粒沉积物中,具有埋深浅、胶结性差等特点,在未来的试开采中,伴随着开采面积的增大和产气量的提高,井周开采区域会发生胶结弱化和强度衰减,其稳定性和承载力会大幅降低,从而导致地层沉降、套管损坏和井壁失稳等问题。因此,研究海洋天然气水合物降压开采过程中井壁受力与变形规律,构建科学的井筒设计理论,对天然气水合物安全、高效、持续开采具有重要意义,是天然气水合物开采亟需解决的关键科学问题。
发明内容
针对上述存在的技术不足,本发明的目的是提供一种水合物开采井筒与沉积层相互作用模型及其使用方法,其通过模拟天然气水合物降压开采井壁与沉积层相互作用,获取井壁变形、破坏规律及破坏特征,揭示水合物开采过程中井壁受力规律及变形机理,建立海洋天然气水合物降压开采井筒设计理论。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种水合物开采井筒与沉积层相互作用模型,包括环境模拟系统、压力控制系统、变形数据测量系统、水合物合成-开采模拟系统以及温度控制系统;
所述环境模拟系统包括装置外壳,所述装置外壳的内腔设有土层,所述土层包括从下到上依次填充的下伏层、沉积层以及上覆层;
所述压力控制系统连接环境模拟系统,用于向上覆层上方输水以形成海水层进而向土层施加水压;所述压力控制系统向下伏层内输水并控制土层内孔隙水压;所述压力控制系统同时还向沉积层施加地应力;
所述水合物合成-开采模拟系统包括安装于装置外壳上端的井口和井筒,所述井筒伸入沉积层一段距离后向水平方向折弯;
所述井筒内贯穿有输送管路,所述输送管路一端伸入沉积层,所述输送管路的另一端连接外部泵组系统,所述泵组系统用于合成或分解水合物;
所述变形数据测量系统设在装置外壳内,用于采集井壁内缘、井壁外缘以及沉积层外缘的温度、应变、应力信号并将其转换为电信号传递至数据采集仪,所述数据采集仪与计算机电性相连;
所述温度控制系统设在装置外壳外围用于控制内部土层温度。
优选地,所述下伏层、沉积层及上覆层与装置外壳之间的接触面设有降摩阻层,所述降摩阻层用于在压力控制系统施加轴压时降低土层与装置外壳之间的摩擦力。
优选地,所述降摩阻层采用“三油两膜”即二硫化钼油+聚四氟乙烯膜的润滑层来消除沉积层左右两端的摩擦阻力。
优选地,所述装置外壳上端设有用于连通海水层和水压泵的上通孔,所述装置外壳下端设有连通下伏层与水压背压泵的下通孔,所述上通孔、下通孔内均设置有透水石。
优选地,所述压力控制系统包括水压泵、水压背压泵以及设在装置外壳上端的压力机;所述水压泵通过水管连通装置外壳内腔上端,用于向上覆层上方输水,所述水压背压泵通过水管连通下伏层,所述压力机输出端连接透水板,用于向沉积层施加地应力。
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