CN107587863A

CN107587863A - 含下伏天然气层的ngh藏合成与开采三维实验装置***

Info

Publication number: CN107587863A
Application number: CN201710699728.1A
Authority: CN
Inventors: 郝永卯; 黎晓舟; 李淑霞; 陶帅; 韦馨林; 刘昀晔
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明是针对含下伏天然气层的NGH藏模型的合成与开采模拟提供的一种新型三维实验装置***。它由稳压供液、稳压供气、高压反应三维模型、环境模拟、回压控制、参数测量、数据采集处理7个模块组成。首次将PE透气膜这种新型材料运用到NGH藏模型的制备实验当中，利用PE透气膜“透气不透水”的特性使得NGH只能在高压反应三维模型的上层形成，而下层形成气藏，从而合成了含下伏天然气层的NGH藏。本发明可真实的再现NGH合成及开采过程中的压力、温度、电阻率等变化，并对其进行分析。同时，本发明所述的三维实验装置***可模拟多种开采方式。

Description

含下伏天然气层的NGH藏合成与开采三维实验装置***

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物(Natural Gas Hydrate，NGH)藏的合成及开发装置，特别适用于含下伏天然气层的NGH藏的合成及开采。

背景技术

天然气水合物(NGH)是在低温高压条件下由轻烃、CO₂及H₂S等小分子气体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。保守估计，全球NGH中有机碳含量占全球总量的53.3％，是传统化石能源中总碳量的两倍，被认为是21世纪重要的洁净替代新能源。目前对NGH藏的成藏模式还没有统一的认识，但大多数研究认为主要有三种类型：(I)NGH层上覆在含有自由气的气藏之上，即含下伏天然气层的NGH藏；(II)NGH上覆在自由水层之上；(III)底层和盖层均为非渗透层的NGH藏。对第一种类型而言，可在开采气藏的同时开采NGH，是现阶段最有望实施开采的NGH储层。如西伯利亚Messoyakha气田就是此种埋藏类型，并且成功的进行了试采。由于天然岩心获取困难且作业成本高昂，利用人造岩心来代替天然岩心进行室内实验研究早己成为岩心实验技术的发展趋势。常规油气领域人造岩心技术相对比较成熟，而在水合物等非常规能源领域人造岩心技术存在与原位地层的物性参数差异较大、尺寸较小以及孔隙均匀性差等不足。容易造成对后续实验测试结果的准确性和对实际开采的指导性有很大的影响。迄今为止，还没有一种有效的实验设备用于分析和认识含下伏天然气层的NGH藏的合成及开发动态。

发明内容

本发明是是针对含下伏天然气层的NGH藏模型的制备与开采模拟的一种新型三维实验装置***。

本发明首次将PE透气膜这种新型材料运用到NGH藏模型的制备实验当中。PE透气膜是以PE为载体，在生产过程中含有大比例超细密度的无机物填充物(CaCO₃)，经过流延微压花拉伸工艺处理后形成微孔，微孔分布的密度比较大，使透气膜具有独特的微孔结构。这些高密度分布在薄膜表面的特殊结构微孔，既能阻隔液体的渗漏，又能让气体分子通过，因而具有“透气不透水”的功能。与普通的塑料薄膜相比，PE透气膜具有透气不透水、拉伸强度高、质地柔软等特点。

实验装置***采用模块化设计思路，各模块之间互相独立，并相互联系。主要包括稳压供液、稳压供气、高压反应三维模型、环境模拟、回压控制、参数测量、数据采集处理7个模块。

***中高压反应三维模型为实验装置的核心元件，其形状为长方体，尺寸为500mm×500mm×400mm，主要部件包括：活塞、注水注气管、密封圈、PE透气膜、模拟井筒等。三维模型分两层中间由PE透气膜隔开，放置于环境模拟***中，由稳压供气模块向三维模型内注入气体、稳压供液模块向三维模型内注入液体，利用PE透气膜“透气不透水”的特性进行含下伏天然气层的NGH藏的生成实验。气体和液体均可以进行精确定量地注入，并在整个过程检测温度、压力、电阻率的变化，从而可以定量的分析NGH生成的情况。

设备设有预热罐可以加热溶液，在进行NGH开采尤其是注热开采实验时起到关键的作用。

在进行NGH开采实验时，利用回压控制模块进行三维模型出口压力的控制，来实现降压开采模拟，开采实验产生的气体和液体通过气液分离器进行分离，然后分别计量。

整个实验所有温度、压力、电阻率的变化，以及注液量、产气量等参数全部由计算机进行采集存储，方便后期对所有数据进行处理。

本发明的有益效果在于：首次将PE透气膜运用到NGH藏模型的制备实验当中，提供了一个高效、安全的含下伏天然气层的NGH藏合成及开采三维实验装置。

附图说明

图1所示为NGH藏模型三维实验装置***基本流程图；

图2所示为高压反应三维模型剖面示意图；

图3三维模型温度、压力及电阻率布置示意图；

图4为含下伏天然气层的NGH藏模拟水平井开采示意图。

具体实施方式

结合说明书附图来详细讲述本发明实施方式：

如图1所示，为本发明实施所提供的NGH三维模型实验装置***基本流程图，三维实验装置***主要包括：电子天平1、注入泵2、容器组3、预热泵4、高压天然气瓶5、减压阀6、气体流量计7、压力表8、活塞9、注水注气管10、密封圈11、PE透气膜12、模拟井筒13、温度传感器14、压力传感器15、电阻传感器16、水冷却器17、回压阀18、放空阀19、气液分离器20、干燥器21、气体流量器22、采集及处理数据机23。

该三维实验装置***由稳压供液、稳压供气、高压反应三维模型、环境模拟、回压控制、参数测量、数据采集7个模块组成。稳压供液模块负责向三维模型定量注入水溶液或化学剂，主要包括电子天平、注入泵、容器组、预热罐等部件。稳压供气模块主要用于NGH合成过程，负责向三维模型提供稳定压力与流量的甲烷气体，主要包括高压天然气瓶、减压阀、气体流量计、压力表等。

高压反应三维模型为该装置***的核心元件，NGH在该三维模型内实现合成和分解，主要包括：活塞、注水注气管、密封圈、PE透气膜、模拟井筒等。其剖面结构如图2所示，三维模型为长方体形状，尺寸为500mm×500mm×400mm，模型上面安装可移动活塞，可以实现三维模型内部有效体积可变和厚度可调，厚度可在300～400mm范围内可调，并可以对填砂进行预压紧，保证压实地层。如图3所示，***共布置60个测量点，上下平面各10各温度测量点、15个电阻率测量点及5个压力测量点。其中20个不同深度的温度测量点可以对整个空间内的水和物的温度测量分析；30个不同深度的电阻率测量点，可以对整个空间内的NGH进行电阻测量，对不同点位、不同状况的NGH的生成、分解，以及饱和度进行测控分析；5个相同深度的压力测量点是结合油田开发的相关资料，按注采井的相似关系，设置的注采模拟井孔，可以安装特制的模拟井筒，组成井网，并可以在此按需要安装压力传感器，测量注入产出的压力。该***对含下伏天然气层的NGH藏的开采研究可以模拟直井开采也可以模拟水平井开采，本发明以水平井开采为例进行说明。模拟井筒为直径3mm的不锈钢管，周边打有1mm的小孔模拟射孔孔眼，放于***下层(即气层)侧面中间的位置。

温度控制模块主要用于三维模型外环境温度控制；回压控制模块使用高精度回压阀精确控制***出口压力，主要由回压阀、回压缓冲容器和调压阀组成；参数测量模块主要包括：温度传感器、压力传感器、电阻率传感器、气液流量测量仪等；数据采集模块主要包括：采集及处理数据机、打印机等，适时采集压力、温度、电阻率、气体体积、液体体积等数值。

含下伏天然气层的NGH藏合成实验操作步骤如下：

(1)首先，在三维模型中填入第一层砂，厚度为150～200mm，然后铺上一层PE透气膜，在透气膜上沿容器内径放上一层密封圈；

(2)其次，在PE透气膜上填入第二层厚度为150～200mm的砂。PE透气膜和密封圈起到隔绝上、下砂层的作用。利用可移动活塞对砂层进行压实，压实之后分别在上下平面***温度、压力及电阻率探头(图3)；

(3)最后，通过供气、供液模块向三维模型第二层砂中注入甲烷气和水，降低三维模型内温度，在高压、低温的条件下促使NGH合成。由于PE透气膜具有透气不透水的特性，第二层砂中的气可以通过PE透气膜渗透到第一层，而PE透气膜和密封圈的共同作用使得水只能停留在第二层砂中，NGH只能在第二层砂中合成。气体通过PE透气膜渗透到第一层砂中，形成气藏，因此合成了含下伏天然气层的NGH藏(如图2)。参数测量、数据采集模块对整个过程三维空间内的温度、压力、电阻率进行测量，对不同点位、不同状况的NGH的生成进行测控分析。

含下伏天然气层的NGH藏的水平井开采实验操作步骤如下：

(1)图4给出含下伏天然气层的NGH藏开采的示意图，在自由气藏设置一口模拟水平井；

(2)通过开采NGH层之下的游离气来降低储层压力，使得上层的NGH由于不稳定而发生分解，产生的气体通过PE透气膜流动到气藏，气体通过水平井采出。开采过程所有温度、压力、电阻率的变化，以及产气量等参数全部由计算机进行采集存储。

以上所述仅为本发明针对含下伏天然气层NGH藏的合成与开发的一种实施实例，本发明的作用并不局限于此。本实验设备还可以进行其他类型的NGH藏的合成与开采实验，如注热盐水开采、注化学剂开采等。

Claims

1.含下伏天然气层的NGH藏合成与开采三维实验装置***，其由稳压供液、稳压供气、高压反应三维模型、环境模拟、回压控制、参数测量、数据采集处理7个模块组成。

2.如权利要求1所述的高压反应三维模型为整个实验装置的核心模块，其特征在于运用PE透气膜“透气不透水”的特性实现含下伏天然层的NGH藏的合成及开采，其合成步骤如下：

(2)其次，在PE透气膜上填入第二层厚度为150～200mm的砂。PE透气膜和密封圈起到隔绝上、下砂层的作用。利用可移动活塞对砂层进行压实，压实之后分别在上下平面***温度、压力及电阻率探头；

(3)最后，通过供气、供液模块向三维模型第二层砂中注入甲烷气和水，降低三维模型内温度，在高压、低温的条件下促使NGH合成。

3.如权利要求1所述的稳压供气模块，其特征在于：可以向高压反应三维模型提供稳定压力与流量的甲烷气体。

4.如权利要求1所述的稳压供液模块，其特征在于：可以向高压反应三维模型定量注入水溶液或化学剂。

5.如权利要求1所述的环境模拟模块，其特征在于：控制高压反应三维模型的外环境温度。

6.如权利要求1所述的回压控制模块，其特征在于：控制高压反应三维模型的出口压力，实现降压开采。

7.如权利要求1所述的参数测量模块，其特征在于：测量NGH在三维模型内合成及开采过程中的温度、压力、电阻率以及气液流量等参数。

8.如权利要求1所述的数据采集模块，其特征在于：适时采集NGH在三维模型内合成及开采过程中的压力、温度、电阻率、气体体积、液体体积等数值。