申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

申请日：2019-09-30

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN110630229B

主分类号：E21B43/16

分类号：E21B43/16;E21B43/01;E21B43/08;E21B49/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2020.01.24#实质审查的生效;2019.12.31#公开

摘要：本发明公开评价基于超声波与防砂筛网开采水合物产出的装置及方法，其装置包括高压反应釜、高低温恒温箱、超声波系统、注气注液系统、气液固分离系统、压力控制系统和数据采集系统，高压反应釜设置在高低温恒温箱内，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，从而模拟海底水合物储层的温度环境，高压反应釜为横置T型，其纵向腔体作为水合物储层模拟腔，其横向腔体作为水合物开采产出腔。本发明优点在于，结构简单、操作简便、可靠性好，能模拟大频率超射波发生器对水合物储层的振动以及对防砂筛网及防砂筛网处砂颗粒的振动，进而评价基于超声波增产与防砂筛网减堵进行水合物开采时气液固的产出，为天然气水合物勘探与开发提供技术支持。

主权项：1.评价基于超声波与防砂筛网开采水合物产出的方法，其特征在于：采用评价基于超声波与防砂筛网开采水合物的产出装置，评价基于超声波与防砂筛网开采水合物的产出装置包括高压反应釜、高低温恒温箱、超声波系统、注气注液系统、气液分离系统、压力控制系统、数据采集系统；所述高压反应釜设置在高低温恒温箱内，高低温恒温箱用于控制高压反应釜内的温度，从而模拟海底水合物储层的温度环境，所述高压反应釜为横置T型，其纵向腔体作为水合物储层模拟腔，其横向腔体作为水合物开采产出腔，所述高压反应釜纵向腔体的外侧壁上设有容置槽，容置槽与高压反应釜纵向腔体的内侧壁之间均匀设有若干注气注液口，容置槽内设有过滤板，容置槽由盖板通过内六角螺钉锁紧密闭形成环空，盖板上设有总进口，高压反应釜纵向腔体的顶盖上设有注水口，所述高压反应釜横向腔体的入口处设有防砂筛网，高压反应釜横向腔体的上侧设有出气出液口，高压反应釜横向腔体的下侧设有刚性管，刚性管下端设有集砂器，刚性管上高压反应釜横向腔体与集砂器之间依次设有第一截止阀和第二截止阀，高压反应釜横向腔体的前端开口并设有高压可视化玻璃；所述超声波系统包括第一超声波发生器、第二超声波发生器、第一超声波换能器、第二超声波换能器，第一超声波换能器设置在高压反应釜纵向腔体的侧壁上，第一超声波换能器与第一超声波发生器连接，第二超声波换能器设置在高压反应釜的横向腔体的侧壁上且第二超声波换能器位于防砂筛网的正上方，第二超声波换能器与第二超声波发生器连接；所述注气注液系统分为注气分路和注液分路，注气分路包括甲烷气瓶、第一压力表、第二阀门、调压阀、缓冲罐、第二压力表、第三阀门，甲烷气瓶、第二阀门、调压阀、缓冲罐、第三阀门通过高压管线依次连接，甲烷气瓶与第二阀门之间的高压管线上连接第一压力表，缓冲罐上连接第二压力表，所述注液分路包括恒温循环水浴、平流泵、第五阀门，恒温循环水浴、平流泵、第五阀门通过高压管线依次连接，注气分路与注液分路并线后通过高压管线与第四阀门连接并接入总进口；所述气液分离系统包括气液分离器、第七阀门、集水瓶、第八阀门、气体流量计、集气瓶，气液分离器、第七阀门、集水瓶通过高压管线依次连接，气液分离器、第八阀门、气体流量计、集气瓶通过高压管线依次连接，气液分离器通过高压管线与出气出液口连通；所述压力控制系统分为轴压控制系统和回压控制系统，轴压控制系统包括蒸馏水罐、轴压泵、第一阀门、活塞，活塞设置在高压反应釜内，活塞为倒置T型，活塞上端设有活塞挡块，蒸馏水罐、轴压泵、第一阀门通过高压管线依次连接并接入注水口，回压控制系统包括第六阀门、回压阀，第六阀门、回压阀依次设置在出气出液口与气液分离器之间的高压管线上且第六阀门、回压阀均位于高低温恒温箱外；所述数据采集系统包括轴压传感器、位移传感器、第一孔压传感器、第二孔压传感器、入口压力传感器、出口压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、高速摄像头和计算机，所述轴压传感器接入高压反应釜纵向腔体的顶盖与活塞之间，所述位移传感器与活塞连接，所述第一孔压传感器、第二孔压传感器均接入高压反应釜纵向腔体的底盖与活塞之间，所述入口压力传感器接入过滤板处，所述出口压力传感器接入高压反应釜横向腔体内防砂筛网的右侧，所述第一温度传感器、第二温度传感器均接入高压反应釜纵向腔体的底盖与活塞之间，所述高速摄像头设置在高压可视化玻璃外，轴压传感器、位移传感器、第一孔压传感器、第二孔压传感器、入口压力传感器、出口压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、高速摄像头均通过数据采集信号线接入计算机；评价基于超声波与防砂筛网开采水合物产出的方法包括如下步骤：S1、采用去离子水对高压反应釜纵向腔体和横向腔体内壁以及活塞、刚性管、防砂筛网、高压可视化玻璃进行清洗，对总进口、注气注液口、注水口、出气出液口、第一截止阀、第二截止阀以及所有高压管线进行连通性检查，检查完成后，连接所有高压管线及部件，打开甲烷气瓶，向高压反应釜内通入1Mpa甲烷气，检查装置的气密性，随后利用回压阀将高压反应釜内的甲烷气排空；S2、根据实际水合物储层的粒度级配曲线配置相应的石英砂，根据所需的水合物饱和度在石英砂中加入相应的水，充分搅拌均匀后形成实验样品，将实验样品装入高压反应釜纵向腔体内，安装活塞和高压反应釜纵向腔体的顶盖；S3、通过轴压泵对实验样品加载10MPa的轴压，打开甲烷气瓶，向高压反应釜内通入8MPa甲烷气，保持第三阀门和第四阀门为开启状态，保证甲烷气的过量供应，随后打开高低温恒温箱，将温度设置为2℃，制备甲烷水合物沉积物；S4、通过第一温度传感器、第二温度传感器与第一孔压传感器、第二孔压传感器观察水合物的生成，当高压反应釜内孔压不再降低，稳定12h后，认为水合物生成结束，配置实验样品时的水已经全部反应完，高压反应釜内为沉积物-甲烷气-水合物体系，此时将回压阀设置为9MPa，通过平流泵将恒温循环水浴中2℃的水通入高压反应釜中，驱除多余的甲烷气，使高压反应釜内为沉积物-水-水合物体系，该体系符合海底水合物储层赋存状态；S5、利用回压阀对高压反应釜内的水合物储层进行降压开采，在开采过程中分别选择第一超声波发生器和第二超声波发生器均不开启、只开启第一超声波发生器、只开启第二超声波发生器、第一超声波发生器和第二超声波发生器均开启四种不同的模式，并且在不同的模式下选择不同超声波发生器的频率，在降压法对水合物储层开采过程中，利用气液分离系统以及集砂器对甲烷气、水和砂进行实时监测与收集，通过比较实时甲烷气、水和砂的产量，评价超声波系统对水合物储层开采时在孔隙中产生“空穴”效应的增产作用以及对堵塞防砂筛网处的砂振动脱落的减堵效果。

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