详情

原文传递水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价方法及系统

专利名称：	水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价方法及系统
摘要：	本发明公开一种水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价方法及系统，通过将砾石充填层与基于砾石充填层孔隙尺寸刻蚀形成的孔径等效可视化刻蚀模型结合，设计专门的工作流程和实验装置，探讨真实砾石表面状况下的砾石层泥砂‑水合物双重堵塞机制，并观察孔隙内部泥砂‑水合物堆积规律，主要包括砾石充填层表面堵塞过程模拟和砾石充填层空隙内部堵塞过程模拟，在两种堵塞模拟过程中，均先对泥质的堆积堵塞过程进行模拟。本方案通过将砾石表面结构性质和孔隙内部结构性质对泥砂‑水合物双重堵塞的影响结合，来定量表征泥质、水合物双重耦合堵塞机制对井底砾石充填层的影响，从而使模拟工况更接近真实的天然气水合物井底工况，对天然气水合物开采应用具有重要参考价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛海洋地质研究所
发明人：	李彦龙;吴能友;陈强;刘昌岭;孙致学;何楚翘;孙建业
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910564823.X
公开号：	CN110412242A
代理机构：	青岛中天汇智知识产权代理有限公司
代理人：	王丹丹
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	266000 山东省青岛市市南区福州南路62号
主权项：	1.水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于，包括供给模块、主体模型、回收与背压控制模块、恒温控制模块、微观观测模块和数据处理模块，所述供给模块和回收与背压控制模块均与主体模型相连；所述供给模块用以为主体模型提供天然气、水和泥砂，所述主体模型包括砾石填充子模型和等效孔径刻蚀子模型，用于观察砾石层孔隙中的泥砂堆积及水合物二次生成堵塞过程，所述回收与背压控制模块用于回收主体模型的产出物，并控制主体模型的压力，所述恒温控制模块用于控制供给模块和主体模型的温度；所述微观观测模块的物镜与主体模型的可视窗相对设置，微观观测模块采用体视显微镜，用于观察主体模型内部结构变化，所述数据处理模块用于采集、保存堵塞过程中的压力、温度、流量和渗透率变化规律，并进行数据处理分析。 2.根据权利要求1所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于：所述砾石充填子模型包括上瓣壳体(12-1)、下瓣壳体(12-2)、可视窗(12-7)、混合流体入口(12-5)、混合流体出口(12-11)、砾石充填层(12-3)、围压腔体(12-8)和透明滑动围压控制板(12-9)；所述上瓣壳体(12-1)和下瓣壳体(12-2)通过限位螺栓(12-4)固定连接，混合流体出口(12-11)设置在下瓣壳体上，混合流体出口(12-11)在主体模型外部与回收与背压控制模块连接；上瓣壳体(12-1)中央设有透明方型中空结构，中空结构内安装透明耐压板，即可视窗(12-7)，用于观察模型内部；下瓣壳体(12-2)中央设计与上瓣壳体(12-1)中空结构边长相同的方型槽，方形槽内部填装实际所用的砾石，形成实际井底充填的砾石充填层(12-3)；所述的透明滑动围压控制板(12-9)与上瓣壳体(12-1)之间形成的空间构成所述的围压腔体(12-8)，围压腔体(12-8)与内部砾石充填层(12-3)通过安装在透明滑动围压控制板(12-9)上的可活动密封圈(12-10)实现隔离，上瓣壳体(12-1)上围压腔体所处位置设计围压注入孔(12-6)，围压注入孔与外部围压跟踪泵连接。 3.根据权利要求2所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于：所述砾石充填层(12-3)上游处设计有分流槽(12-12)，所述分流槽(12-12)为边长与方形槽相同、厚度与方形槽深度相同的镂空层，分流槽(12-12)与砾石充填层(12-3)之间安装带孔网板(12-13)，保证气液固流体均匀进入砾石层内部。 4.根据权利要求2所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于：所述等效孔径刻蚀子模型包括上瓣壳体(13-1)、下瓣壳体(13-2)、透明刻蚀板(13-3)、流体入口(13-5)、围压入流孔(13-6)、可视窗(13-7)、围压腔体(13-8)和流体出口(13-9)；所述上瓣壳体(13-1)和下瓣壳体(13-2)通过限位螺栓(13-4)固定连接，流体出口(13-9)设置在下瓣壳体上，流体出口(13-9)在主体模型外部与回收与背压控制模块连接；上瓣壳体(13-1)中央设有透明方型中空结构，中空结构内安装透明耐压板，即可视窗(13-7)，用于观察模型内部；下瓣壳体(13-2)中央设计与上瓣壳体(13-1)中空结构边长相同的方型槽，透明刻蚀板(13-3)设置在方形槽内，透明刻蚀板是根据实际尺寸的砾石堆积孔隙刻蚀形成的；所述可视窗(13-7)、方形槽顶部以及上瓣壳体(12-1)之间形成的空间构成所述的围压腔体(13-8)，上瓣壳体(13-1)上围压腔体所处位置设计围压注入孔(13-6)，围压注入孔与外部围压跟踪泵连接。 5.根据权利要求1所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于：所述供给模块包括高压气瓶(1)、气体增压泵(2)、储水容器(9)、注入泵(8)、活塞搅拌容器(10)、磁力搅拌仪(11)、单向阀(7)、截止阀(F1-F9)及相应的耐压管线；高压气瓶(1)、气体增压泵(2)、单向阀(7)通过耐压管线与活塞搅拌容器(10)的入口连接；储水容器(9)、注入泵(8)通过耐压管线与活塞搅拌容器(10)的入口连接，磁力搅拌仪(11)安装在活塞搅拌容器(10)的下方，用于搅拌活塞搅拌容器(10)内的气液固流体。 6.根据权利要求1所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统，其特征在于：所述回收与背压控制模块包括回收罐(15)和压力跟踪泵(17-2)，回收罐(15)为带活塞结构的耐压腔体，活塞压力通过压力跟踪泵(17-2)控制，回收罐(15)入口与主体模型的流体出口连接。 7.基于权利要求1-6任一项所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、为砾石充填层表面堵塞模拟和砾石充填层孔隙内部堵塞模拟进行模拟工况准备工作；步骤B、泥质-水合物双重堵塞条件下砾石层堵塞过程演化模拟，包括： B1、泥质在砾石层表面的堆积堵塞过程模拟：在主体模型中填装特定的实际使用的砾石层颗粒，通过定量或定流速携带泥质进入砾石层的方法，结合显微镜技术观察泥质在砾石层中的滞留堵塞规律； B2、水合物在砾石-泥砂混合体系中的生成富集模拟，包括： B21、停止泥质堵塞过程模拟后，更换活塞搅拌容器中的流体类型，持续用甲烷气体加压至等于砾石充填子模型压力，模拟真实水合物储层气水比的需求； B22、联动控制活塞搅拌容器中的压力始终维持恒定，通过控制活塞搅拌容器中的气液混合流体进入砾石充填子模型的速率，使气液缓和流体匀速流过砾石充填层； B23、同时观察水合物在砾石层中的生成过程，特别是水合物的生成位置与泥质堵塞位置的关系； B3、砾石层表面结构性质对泥砂-水合物双重堵塞的影响评价： B31、改变步骤B2中的泥砂的浓度及活塞搅拌容器-回收罐压力差，验证不同泥砂浓度、流动速率对砾石层堵塞过程的影响； B32、重复执行步骤B2，评价有泥质侵入、不同泥质侵入程度条件下的水合物二次生成堵塞规律，实现泥质堵塞、水合物二次生成堵塞规律的耦合分析； B33、改变气液质量流量和活塞搅拌容器的压力，重复执行步骤B2，实现气液流动速率对已有泥质侵入的砾石层中水合物二次生成过程的评价；步骤C、泥质-水合物双重堵塞条件下充填层等效孔隙网络堵塞过程演化模拟，包括： C1、泥砂在孔隙网络中的堆积堵塞过程模拟：在主体模型中安装基于实际砾石层孔径刻蚀得到的孔隙网络模型，通过定量或定流速携带泥质进入孔隙网络模型的方法，结合显微镜技术观察泥质在孔隙网络中的滞留堵塞规律； C2、水合物在泥堵孔隙网络中的富集模拟； C3、砾石孔隙结构性质对泥砂-水合物双重堵塞的影响评价。 8.根据权利要求7所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统的评价方法，其特征在于，所述步骤B31通过以下方式实现： (1)宏观渗透率：对不同的泥砂浓度或不同的活塞搅拌容器-回收罐压力差条件下砾石层主体子模型两端的压力差随时间的变化规律，定量评价泥砂浓度、流速对砾石层宏观渗透率的影响； (2)侵入前沿推进速率：通过泥砂侵入前沿随时间的变化速率定量评价泥砂侵入在砾石层中形成堵塞的速率； (3)泥砂滞留比：通过显微镜图像的数值分割，识别显微镜图像中泥质体积占比随时间的演化及最终泥质体积占比，从而评价泥砂侵入导致堵塞的程度。 9.根据权利要求7所述的水合物开采砾石充填层堵塞工况微观机理评价系统的评价方法，其特征在于，所述步骤B33具体通过以下方式实现： (1)共生关系：观察气液混合流体流动情况下水合物的微观生成位置与泥质在砾石层中的堵塞位置的关系，定性分析泥质堵塞和水合物二次生成堵塞的耦合关系； (2)宏观渗透率：通过观察水合物生成过程中砾石充填层两侧压力的变化，做横向对比，对比无泥质堵塞、有泥质堵塞及不同的泥质堵塞程度条件下，水合物二次生成引起的宏观渗透率的变化，定量评价泥质堵塞与水合物二次生成的耦合关系； (3)体积占比：通过显微镜图像的数值分割，识别显微镜图像中泥质体积、水合物体积两者占比随时间的演化，从微观角度定量评价泥砂侵入-水合物二次生成导致堵塞的耦合。
所属类别：	发明专利