系統(tǒng)。
[0034]模擬出砂系統(tǒng)由反應(yīng)釜主體7、反應(yīng)釜法蘭蓋6和上覆壓力加載器17組成，可實現(xiàn)天然氣水合物原位合成及開采出砂模擬。反應(yīng)釜主體7和反應(yīng)釜法蘭蓋6由不銹鋼材料制成的特制壓力容器，兩者通過法蘭蓋螺栓25連接并用密封圈密封。
[0035]請參照圖1和3所示，反應(yīng)釜主體7由開采井筒20、防砂管21和樣品儲層室22組成。開采井筒20和防砂管21由不銹鋼管制成，防砂管21由兩個多孔鋼管(大孔管和小孔管)和內(nèi)夾多規(guī)格濾紗網(wǎng)的防砂網(wǎng)26組成，套在開采井筒20的周圍，并根據(jù)實驗需要進行替換；樣品儲層室22環(huán)繞防砂管21，能夠填充不同類型的沉積物樣品，模擬開采區(qū)儲層。
[0036]壓力系統(tǒng)分為上覆壓力加載系統(tǒng)18、底部注液系統(tǒng)19和氣體壓力系統(tǒng)。其中:
[0037]上覆壓力加載系統(tǒng)18主要提供實驗所需的上覆壓力，模擬地層應(yīng)力，請參照圖2所示，上覆壓力加載器17從頂部穿過反應(yīng)釜法蘭蓋6并用密封圈密封，上覆壓力加載器17一端與上覆壓力加載系統(tǒng)18相連，通過上覆壓力加載系統(tǒng)18增壓進行應(yīng)力加載；上覆壓力加載器17另一端呈中空圓柱形，用于向樣品儲層室加載上覆壓力；反應(yīng)釜法蘭蓋6頂部開口與上覆壓力加載器17、第二壓力傳感器9和溫度傳感器8相連，用于實驗中上覆壓力和溫度測量。
[0038]底部注液系統(tǒng)19主要包含增壓栗、注液系統(tǒng)、進液管路等，主要提供實驗所需的高壓液體，主要以水為主。
[0039]氣體壓力系統(tǒng)包含天然氣注氣增壓系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng):天然氣注氣增壓系統(tǒng)包括氣源1、氣體增減壓栗2、緩沖罐3，氣源1依次經(jīng)氣體增減壓栗2和緩沖罐3再通過氣源管路與樣品儲層室22連通，在氣源管路上安裝有第一壓力傳感器4和安全閥5，另外在氣源管路上還安裝有氣壓調(diào)節(jié)閥、氣體流量表，主要提供合成天然氣所需的高壓氣體。抽真空系統(tǒng)由抽濾真空栗和真空控制器、真空度調(diào)節(jié)器及透明連接膠管組成，主要提供實驗所需的真空環(huán)境。
[0040]反應(yīng)釜主體7底部開3個進出口，其中樣品儲層室底部2個進出口與底部注液系統(tǒng)19相連，開采井筒20底部進出口通過管道與可視化氣液固分離器14相連接，用于分離開采中氣液固態(tài)物質(zhì):可視化氣液固分離器14上設(shè)有出氣口 12和出液口 13，氣體通過出氣口 12排出、液體通過出液口 13和固體在分咼器內(nèi)部隔板濾網(wǎng)分咼。
[0041]溫控系統(tǒng)由高低溫程式可控的恒溫循環(huán)水浴16、反應(yīng)釜內(nèi)置換熱管24和反應(yīng)釜外水夾套23組成。恒溫循環(huán)水浴16內(nèi)置循環(huán)水栗，通過相應(yīng)的管道與反應(yīng)釜內(nèi)置換熱管24和反應(yīng)釜外水夾套23連接。恒溫浴中的液體分別通過反應(yīng)釜內(nèi)置換熱管24、反應(yīng)釜外水夾套23和相應(yīng)的連接管道流回恒溫循環(huán)水16中完成循環(huán)，維持反應(yīng)釜主體的溫度恒定。
[0042]測量系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15、第三壓力傳感器11、溫度傳感器8、和上覆壓力加載器17自帶的壓力傳感器。溫度、壓力和位移通過相應(yīng)傳感器將信號傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取并通過計算機進行顯示、記錄及分析數(shù)據(jù)。溫度和壓力分別通過溫度傳感器8、上覆壓力加載器17自帶的壓力傳感器和第三壓力傳感器11將信號傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15讀取并處理數(shù)據(jù)在傳輸?shù)接嬎銠C進行顯示和存儲。
[0043]在本實施例中，啟動本出砂性質(zhì)測試的主要過程包括:
[0044](a)檢查設(shè)備的氣密性:連接相應(yīng)排水排氣管，關(guān)閉并密封開采反應(yīng)釜7，溫度常溫，用側(cè)部氣管通入氮氣，用洗潔精水沿縫檢測氣密性。氣密性良好進入下一步。
[0045](b)樣品裝填:打開反應(yīng)釜法蘭蓋6，用含水沙填充到樣品儲層室22中壓實，關(guān)閉反應(yīng)爸法蘭蓋6密封。
[0046](c)水合物合成:對齊上覆壓力加載器17，加載初始上覆壓力，溫度逐步降至初始溫度(通常在20°C )，天然氣注氣增壓系統(tǒng)從側(cè)部進氣管供甲烷氣以生成天然氣水合物，充分進氣，等氣壓穩(wěn)定后24小時穩(wěn)固。降溫到所需水合物合成溫度，每10秒記錄一次上覆加載壓力、溫度、孔隙壓力、進氣量和進液量。
[0047](d)壓力室開采出砂:設(shè)定模擬開采溫度，如4°C。底部開采口以設(shè)定的降壓速率或額定的出口壓力等參數(shù)進行降壓開采等，如2.5MPa(甲烷水合物在4°C時的相平衡壓力為3.9MPa)。每10秒記錄一次上覆加載壓力、溫度、孔隙壓力、進氣量和進液量，待到可視化氣液固分離器14出現(xiàn)固體后或達(dá)到某一出砂量或開采結(jié)束。其中采出量和出砂量在可視化氣液固分離器14進行分離采集，出水出砂量通過稱量可視化氣液固分離器14獲取，出砂量通過烘干出砂并進行稱量記錄，出氣量通過氣液固分離器后干燥，通過氣體流量計進行測量并記錄。
[0048]本實例中涉及的材料主要有氣體(甲烷、二氧化碳、混合氣等)、水和固體(海洋沉積物樣品等)。
[0049]在此過程中可以記錄不同的上覆壓力、孔隙壓力、溫度、井口壓力、進氣量、進水量、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和出砂量。在水合物持續(xù)生長階段，可通過溫度和壓力計算天然氣水合物的生成量。
[0050]上述實施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的實質(zhì)所做出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，其包括: 模擬出砂系統(tǒng)，所述模擬出砂系統(tǒng)包括反應(yīng)釜主體(7)、反應(yīng)釜法蘭蓋￠)以及上覆壓力加載器(17)，所述反應(yīng)釜法蘭蓋￠)固定安裝于反應(yīng)釜主體(7)上端面；所述反應(yīng)釜主體(7)包括開采井筒(20)、防砂機構(gòu)以及樣品儲層室(22)，所述開采井筒(20)為側(cè)壁設(shè)有開孔的中空圓柱結(jié)構(gòu)，所述樣品儲層室(22)位于開采井筒(20)的外側(cè)，防砂機構(gòu)位于樣品儲層室(22)和開采井筒(20)之間，所述上覆壓力加載器(17)的下端與樣品儲層室(22)相連通， 壓力系統(tǒng)，所述壓力系統(tǒng)包括上覆壓力加載系統(tǒng)(18)、天然氣注氣增壓系統(tǒng)、底部注液系統(tǒng)(19)以及可視化氣液固分離器(14);其中，所述上覆壓力加載器(17)的上端穿過反應(yīng)釜法蘭蓋(6)后與一上覆壓力加載系統(tǒng)(18)連通；所述天然氣注氣增壓系統(tǒng)以及底部注液系統(tǒng)(19)均與樣品儲層室(22)相連通，所述可視化氣液固分離器(14)與開采井筒(20)的底部相連通；所述可視化氣液固分離器(14)上設(shè)置有出氣口(12)和出液口(13); 測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(15)、第一壓力傳感器(4)、第二壓力傳感器(9)、第三壓力傳感器(11)以及溫度傳感器(8);所述第一壓力傳感器(4)安裝于天然氣注氣增壓系統(tǒng)與樣品儲層室(22)之間的管路上，所述溫度傳感器(8)和第二壓力傳感器(9)均安裝于反應(yīng)釜法蘭蓋(6)上，所述第三壓力傳感器(11)安裝于可視化氣液固分離器(14)與開采井筒(20)之間的管路上，所述第一壓力傳感器(4)、第二壓力傳感器(9)、第三壓力傳感器(11)、溫度傳感器⑶以及上覆壓力加載器(17)自帶的第四壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(15)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，所述天然氣注氣增壓系統(tǒng)包括氣源(1)、氣體增減壓栗(2)、緩沖罐(3)，所述氣源(1)依次經(jīng)氣體增減壓栗(2)和緩沖罐(3)通過氣源管路與樣品儲層室(22)連通，在所述氣源管路上安裝有第一壓力傳感器(4)和安全閥(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，所述天然氣注氣增壓系統(tǒng)與樣品儲層室(22)的側(cè)部相連通，所述底部注液系統(tǒng)(19)與樣品儲層室(22)的底部相連通。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，所述防砂機構(gòu)包括防砂管(21)和防砂網(wǎng)(26)，所述防砂管(21)為多孔中空圓柱結(jié)構(gòu)，開采井筒(20)位于防砂管(21)內(nèi)，所述防砂網(wǎng)(26)位于開采井筒(20)和防砂管(21)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，所述天然氣水合物開采出砂特性測試裝置進一步包括一溫控系統(tǒng)，所述溫控系統(tǒng)包括恒溫循環(huán)水浴(16)、反應(yīng)爸外水夾套(23)和反應(yīng)爸內(nèi)置換熱管(24)，所述反應(yīng)爸外水夾套(23)位于樣品儲層室(22)的外側(cè)且與樣品儲層室(22)貼合，所述反應(yīng)釜內(nèi)置換熱管(24)安裝于樣品儲層室(22)內(nèi)并與反應(yīng)釜外水夾套(23)連通，所述恒溫循環(huán)水浴(16)通過連接管路與反應(yīng)釜外水夾套(23)連通。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其特征在于，反應(yīng)釜法蘭蓋(6)通過反應(yīng)釜法蘭螺栓(25)與反應(yīng)釜主體(7)的上端面固定連接，在反應(yīng)釜法蘭蓋(6)和反應(yīng)釜主體(7)之間通過密封圈密封。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種天然氣水合物開采出砂特性測試裝置，其包括模擬出砂系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)和測量系統(tǒng)；所述模擬出砂系統(tǒng)包括反應(yīng)釜主體、反應(yīng)釜法蘭蓋以及上覆壓力加載器；所述壓力包括上覆壓力加載系統(tǒng)、天然氣注氣增壓系統(tǒng)、底部注液系統(tǒng)以及可視化氣液固分離器；所述測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器以及溫度傳感器。本發(fā)明可在高壓低溫下原位模擬開采出砂特性的裝置，擴展了目前所存在裝置的使用范圍，提高測量精度。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105301200
【申請?zhí)枴緾N201510772368
【發(fā)明人】盧靜生, 李棟梁, 梁德青
【申請人】中國科學(xué)院廣州能源研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月12日