一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置的制作方法

本实用新型涉及天然气水合物钻井技术领域的一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置。

背景技术：

天然气水合物是一种由天然气和水在低温高压条件下形成的一种外观像冰但晶体结构却与冰不同的疏松结晶化合物。在天然气水合物开采过程中，由于天然气水合物的分解会造成水合物颗粒与地层岩石颗粒之间的胶结和骨架支撑作用被破坏，最终可能面临严重的出砂问题。由于天然气水合物开采过程中的出砂问题伴随着地层的渗流场、压力场和温度场等的变化是一个复杂的系统工程，其问题解决难度比较大，目前专门针对天然气水合物开采过程中出砂问题的报道还比较少。因此，研究天然气水合物开采过程中的防砂问题对我国经济高效开采深海天然气水合物资金具有重要意义；若能发明一种模拟天然气水合物地层出砂方面的实验装置进行出砂后环空变化情况实验研究，这将对现场实际开采具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供了一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置，主要由计算机监测系统、压力传感器、套管接头、混合物进口、尼龙漏斗、球阀、液体流量计、水泵、贮水槽、三相分离器、混合物出口、内管、外管、电加热干燥器、砂岩A、尼龙收集桶、砂收集桶、钻头、矩形箱体、砂岩B、气体出口、气体流量计、电磁式空气泵和高速摄像机组成。贮水槽依次与水泵、液体流量计、球阀和尼龙漏斗相连，电磁式空气泵依次与气体流量计和球阀相连，外管上部设有混合物进口、套管接头和压力传感器，下部设有砂岩A、钻头、矩形箱体、砂岩B和气体出口。砂岩A和砂岩B为两块孔隙度相同的砂岩，套管接头采用可打开式设计，矩形箱体与外管采用螺纹连接；内管和外管均采用透明PC管组成，承压1MPa；实验过程中所使用的尼龙颗粒为3mm。整个实验过程中贮水槽内的水模拟钻井液，尼龙颗粒模拟天然气水合物颗粒，电磁式空气泵输出的气体模拟天然气水合物分解出的气体，砂岩A被流体冲刷出的砂颗粒模拟钻井液在环空上返过程中地层出砂，砂岩B被流体冲刷出的砂颗粒模拟钻头在钻进过程。

本实用新型的优点：操作简单，模拟效果好，能很好的模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的过程，实验过程对水和尼龙颗粒进行重新回收利用节约资源。

附图说明

图1是本实用新型一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置的结构示意图。

图2是图1中矩形箱体的俯视图。

图中：1.计算机监测系统，2.压力传感器，3.套管接头，4.混合物进口，5.尼龙漏斗，6.球阀，7.液体流量计，8.水泵，9.贮水槽，10.三相分离器，11.混合物出口，12.内管，13.外管，14.电加热干燥器，15.砂岩A，16.尼龙收集桶，17.砂收集桶，18.钻头，19.矩形箱体，20.砂岩B，21.气体出口，22.气体流量计，23.电磁式空气泵，24.高速摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种模拟天然气水合物地层出砂对环空影响的实验装置，主要由计算机监测系统1、压力传感器2、套管接头3、混合物进口4、尼龙漏斗5、球阀6、液体流量计7、水泵8、贮水槽9、三相分离器10、混合物出口11、内管12、外管13、电加热干燥器14、砂岩A15、尼龙收集桶16、砂收集桶17、钻头18、矩形箱体19、砂岩B20、气体出口21、气体流量计22、电磁式空气泵23和高速摄像机24组成。贮水槽9依次与水泵8、液体流量计7、球阀6和尼龙漏斗5相连，电磁式空气泵23依次与气体流量计22和球阀相连，外管13上部设有混合物进口4、套管接头3和压力传感器2，下部设有砂岩A15、钻头18、矩形箱体19、砂岩B20和气体出口21。

如图1、图2所示，具体模拟过程为：首先打开电磁式空气泵23使气体依次通过气体流量计22和球阀后，从气体出口21流出并进入环空内，当计算机监测系统1内显示的压力趋于稳定后打开水泵8，使水从贮水槽9流出，经水泵8加压、液体流量计7后与尼龙颗粒一起从混合物进口4进入内管12内部，水和尼龙颗粒在内管12内从上往下流动，最终从钻头18流出后与气体一起在环空往上返，在上返过程中由于水的冲击和冲刷作用使砂岩A15和砂岩B20被冲刷，砂岩颗粒被冲刷出来，模拟地层出砂过程。尼龙颗粒、水、砂和气体一起在环空内往上流动，最终从混合物出口11流出，进入三相分离器10，分离出的气体直接排入大气中，分离出的水进入贮水槽9进行重新回收利用，分离出的固体颗粒进入电加热干燥器14进行干燥后分别进入尼龙收集桶16和砂收集桶17，尼龙颗粒进行重新循环利用，即整个实验模拟过程结束。在整个模拟实验过程中通过计算机监测系统1可对整个实验过程中的压力变化进行实时监测，高速摄像机24对整个实验现象进行拍摄，可清楚的看到整个模拟实验的变化情况。