一种含天然气水合物沉积物出砂反应釜的制作方法

本实用新型属于石油天然气技术领域，涉及反应釜领域，尤其涉及一种含天然气水合物沉积物出砂反应釜。

背景技术：

天然气水合物是一种储量巨大的新能源，其在保证能源供给和维持环境稳定方面有重要的意义。因此，美国、日本、欧洲、中国、印度、韩国等国家和地区都进行了大量的科学研究。目前天然气水合物的开采方法主要有：热激法、降压法、注化学剂法、置换法、固态流化法。从已有的理论研究和试采结果看，出砂问题是制约天然气水合物开发的一个重要的技术难题。

出砂问题是常规油气藏开发过程中常见的问题，但是与常规油气出砂问题相比，含天然气水合物沉积物的出砂过程存在相变，其出砂和防砂面临更大的挑战。目前我国重视对天然气水合物的研发，已经于2017年在南海成功进行了海域天然气水合物的试采工作。因此，要安全、高效的开发水合物资源，必须研究水合物储层出砂问题。建立含水合物沉积物的出砂反应釜十分必要。

近年来，国内关于天然气水合物出砂的专利申请逐渐增多，但总体数量较少。包括中国科学院广州能源研究所、青岛海洋地质研究所，中国石油大学(华东)等科研单位都拥有与含天然气水合物沉积物出砂相关的专利授权。其中，申请号为201410098311.6的发明专利、申请号为201610224449.5的发明专利从概念上给出了研究含水合物沉积物出砂的方法，并不能进行试验验证和出砂研究。申请号为201610070178.2的发明专利无法控制样品的加载条件。申请号为201510262557.7的发明专利不是模拟水合物分解产气、产水过程，与实际的水合物分解过程中的出砂有区别。申请号为201510772368.4和申请号为201710019538.0的发明专利都可以较为完整的实现水合物出砂的研究，前者模拟了完整的圆周井筒出砂区的出砂过程，但由于径向距离较短无法研究过渡区和未出砂区的相关过程，后者完整的研究了未出砂区、过渡区和出砂区的出砂过程，但是无法模拟完整的圆周井筒的出砂过程。

已有的发明专利有各自的优点与缺点。为此，可以对已有的发明专利进行改进，建立能真实反应含天然气水合物沉积物出砂状态的实验装置。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本实用新型提供一种含天然气水合物沉积物出砂反应釜；模拟含天然气水合物地层出砂过程；模拟井筒防砂装置；本反应釜结构简单、操作方便、试验周期短。

为达到上述目的，采用以下技术方案：

一种含天然气水合物沉积物出砂反应釜，其创新点在于：包括整体结构的长方体反应釜体、嵌于釜体内部的对称分布的冷却液通道、非对称分布的温度传感器、防砂网、反应釜盖。

所述反应釜为上端开口的长方体箱状结构。开口端通过嵌合的反应釜盖封闭。在反应釜的一端设置有模拟地层井筒内壁的防砂网。防砂网、反应釜盖、反应釜体封闭的空间为容纳含水合物沉积物的腔室。在反应釜的两端底部中间位置设有流体进出通道，模拟注入井的注入过程、地层物质流动过程、开采井的采出及出砂过程。

在反应釜体的侧面和底面中通过钻孔的方式嵌入若干冷却液通道，冷却液通道左右对称，利用金属是热的良导体的性质，在较短时间内使反应釜整体达到恒温。

利用反应釜结构对称的特点，设置非对称分布的温度传感器。减少温度传感器设置对流体在沉积介质中流动产生的影响。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)反应釜为无机械连接器件(如螺栓、铰链等)的整体结构，减少了高压条件下因链接装置失效导致的流体高压喷射，有利于保障试验人员的安全。反应釜结构简单，操作流程简洁。

2)可以根据需要设置不同类型的防砂网(如绕丝、割缝、钢丝绒等)，对防砂网的改造较为方便。

3)本反应釜除了可以研究防砂网的防砂效果外，还可以在防砂网的和含水合物沉积物之间设置砾石等颗粒物，研究砾石填充等方式的防砂效果。

4)反应釜两端都有流体的进出通道，既可以模拟注采同井的出砂过程，又可以模拟注采分井的出砂过程。

5)冷却管路和温度传感器分散分布，可以通过不同位置的冷却管和温度传感器来改变和监控不同位置的温度。

附图说明

图1为本实用新型含天然气水合物沉积物出砂反应釜沿中线剖开的结构简图。

图2为反应釜体俯视图。

图3为反应釜体正视图。

图4为反应釜体侧视图。

图5为反应釜盖板俯视图。

图6为反应釜盖板正视图。

图7为反应釜盖板侧视图。

附图标记：

1、反应釜进液口；2、反应釜井筒出液口；3.防砂网；4、冷却液通道；5、温度传感器；6、反应釜体；7、反应釜盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

如图1至图7所示，一种含天然气水合物沉积物出砂反应釜，包括长方体反应釜体6，反应釜体6上端开设有开口，反应釜体6的一端底部设置有反应釜进液口1，相对一端的底部设置有反应釜井筒出液口2，反应釜体6靠近反应釜井筒出液口2的一端安装有防砂网3，反应釜体6的上端开口可拆卸地覆盖有反应釜盖7：反应釜体6侧壁及底部设置有若干对称的冷却液通道4，反应釜体6侧壁设置有温度传感器5。

反应釜体6为上端开口的长方体箱装结构。反应釜体6的一端底部设置有防砂网槽，防砂网槽内设置防砂网3，用于模拟半圆状的反应釜井筒。反应釜体6两端底部的中间位置分别设置有反应釜进液口1和反应釜井筒出液口2，反应釜进液口1也可用于进气，反应釜井筒出液口2也可用于出砂。反应釜盖7嵌合于反应釜体6的上端开口，密封反应釜内的空腔。在反应釜体6的侧壁和底部通过钻孔方式置入冷却液通道4。利用反应釜对称和沉积介质分布均质的特点，温度传感器5非对称地分布在反应釜体6的侧壁上。

固定反应釜体6、盖上反应釜盖7，通过对反应釜盖7施加上覆压力，使含水合物沉积介质受到压力，从而模拟含水合物沉积介质在地层中的压力条件。

该含天然气水合物沉积物反应釜的工作原理是：

天然气水合物形成阶段：1.通过不断调整腔室内沉积介质的量，保证反应釜盖7对沉积介质的压力达到预定值时，反应釜盖7边缘与反应釜体6保持微小空隙，保证反应釜盖7受到的压力全部传导给沉积介质。2.关闭反应釜体两端的流通通道，通过向冷却液通道4中不断循环冷却液来对沉积物进行降温。通过反应釜进液口1向沉积物中注入冷冻水，通过反应釜出液口2向沉积物中通入天然气加压。通过反应釜盖7传递的压力对沉积物加压模拟天然气水合物地层的压力。在低温高压条件下冷冻水与天然气混合在沉积物种形成天然气水合物。

模拟天然气水合物分解出砂过程：通过打开反应釜出液口2，释放含水合物沉积物中的压力，或者通过对冷却液升温，模拟天然气水合物在沉积物中降压或受热的分解过程。通过收集防砂网的砂量来评估防砂效果。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。