一种用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜的制作方法

本发明涉及天然气水合物开采出砂防砂工艺试验，具体涉及一种用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜。

背景技术：

随着传统能源的日益枯竭，天然气水合物具有储量大、能量密度大和分布广的特点成为非常具有潜力的替代能源。目前全世界关于天然气水合物的研究及进展已进入到实际开采阶段。在实际开采阶段遇到十分严重的问题——砂堵，这成为目前制约天然气水合物长期可持续开采的关键问题。因此研究天然气水合物在开采过程中的出砂防砂问题显得尤为重要。

现有技术模拟装置不够灵活，只能模拟少数几种情况的水合物出砂防砂试验。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供一种用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，其反应釜具有组装设计灵活的特点，反应釜内的各反应釜组件可通过不同组合完成不同实验目的出砂防砂试验研究。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，所述反应釜包括第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖，所述第一反应釜组件为一端开口一端封闭的圆柱壳体，所述第二反应釜组件和第三反应釜组件为两端开口的圆柱壳体，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件的圆柱壳体上均设有用于安装传感器的预留孔，所述第一反应釜组件、所述第二反应釜组件和所述第三反应釜组件还设有泄压口和排液口，所述第一反应釜组件和第三反应釜组件注砂口、注水口、注气甲烷气口、开采口和观察口，所述封盖具有开采口；

第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件、球阀、隔网和封盖的不同组合可实现所述反应釜模拟单、双观察区，单、双井开采以及防砂筛管在天然气水合物储层储藏不同方位的出砂防砂试验。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，所述第一反应釜组件和所述第三反应釜组件还包括可移动活塞，所述第一反应釜组件的一端设有注氮气口，所述第三反应釜组件的圆柱壳体上开设有注氮气口，所述注氮气口用于注入气体驱动所述可移动活塞朝向所述反应釜内的填料方向运动，其中，所述第一反应釜组件设有一可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第一反应釜组件开口端移动，所述第三反应釜组件设有两可移动活塞，该可移动活塞工作时朝向第三反应釜组件两端移动。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作无观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜垂直布置且封盖位于底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜垂直布置且封盖位于顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作无观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜由封盖、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和封盖依次组装而成，第三反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；具体地，所述反应釜垂直布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作单观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网和第一反应釜组件依次组装而成，靠近球阀的第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，远离球阀的第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；具体地，所述反应釜垂直布置且球阀靠近顶端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，此时，远离球阀的第一反应釜组件等效为第三反应釜组件与封盖组合；所述反应釜垂直布置且球阀靠近底端时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验；所述反应釜水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作单观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜由第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖组成；具体地，

所述反应釜水平布置时，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，其连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装而成，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；

所述反应釜垂直布置且连接组装关系和所述反应釜水平布置一致时，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件和隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，封盖用于模拟开采出砂收集口；

所述反应釜垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟水合物区。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作双观察区的单井出砂防砂试验时，所述反应釜由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装而成，第一反应釜用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，具体地，所述反应釜水平布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验；所述反应釜垂直布置时，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，当所述反应釜用作双观察区的双井出砂防砂试验时，所述反应釜由第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖组成，具体地，

所述反应釜水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀、第三反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、封盖依次组装时，分别对应模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，第三反应釜组件用于模拟水合物区，隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀用于模拟防砂筛管区，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区，封盖用于模拟开采出砂收集口；

所述反应釜水平布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物物藏的右侧的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜的左侧到右侧：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；

所述反应釜垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物物藏的上方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜的下方到上方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；

所述反应釜垂直布置且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，模拟防砂筛管在水合物物藏的下方的筛管同向出砂的出砂防砂试验，从反应釜的上方到下方：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口，第一反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口；

所述反应釜水平布置或垂直布置，且连接组装关系为第一反应釜组件、球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网、第三反应釜组件、隔网、第二反应釜组件、隔网、球阀和封盖依次组装时，分别对应模拟的是水合物藏在防砂筛管上方和下方的筛管反向靠近出砂的出砂防砂试验，从反应釜的两端至中央：第一反应釜组件用于模拟水合物区，球阀、隔网、第二反应釜组件、隔网用于模拟防砂筛管区，第三反应釜组件用于模拟出砂观察区和开采出砂收集口。

如上所述的用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，进一步地，所述封盖包括半球形盖和平封盖，所述半球形盖用于所述反应釜垂直布置时，所述平封盖用于所述反应釜水平布置时，所述第三反应釜组件与所述封盖组装等效于所述第一反应釜组件。

反应釜中反应釜可根据不同实验条件和目的组合成不同反应釜；通过左右反应釜(第一反应釜组件)加封盖组合成实现水合物生成分解无筛管的反应釜；通过左右反应釜加反应釜配件加次左右反应釜(第二反应釜组件)和中央反应釜(第三反应釜组件)组合可做无观察区的单井和双井、单观察区的单井和双井和双观察区的单井和双井等一系列出砂防砂试验；左右反应釜(可充当左反应釜段或右反应釜段)和中央反应釜可充当水合物生成分解区和观察区，次左右反应釜加上两端滤网可充当防砂筛管区；

无观察区的单井出砂防砂试验的有三种组合方式，在第一种组合方式中()，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第二种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；在第三种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；

无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式，在第一种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口(平封盖)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第二种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是开采出砂收集口(平封盖)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；其中水合物区的活塞根据要求决定是否放入，当要求水合物填料压实，可以放入活塞实现对水合物填料的压实，也可不放入活塞，对水合物填料预先压实从中央反应釜两侧开口放入；

单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式，在第一种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第三种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)和开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；在第四种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)和开采出砂收集口(半球形封盖)；

单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式，在第一种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段及开采出砂收集口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(平封盖)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口(左反应釜段开采口)，出砂观察区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，和开采出砂收集口(半球形封盖)；在第三种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)和开采出砂收集口(半球形封盖)；在这三种组合方式中第一种和第三种有两个防砂筛管区和两个开采出砂收集口是由于水合物开采过程中模拟出砂分别经过两个防砂筛管的出沙量；

双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式，在第一种组合方式中，为水平布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，开采出砂收集口(中央反应釜段左开采口)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段右开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和水合物区(左反应釜段)；在第二种组合方式中，为垂直布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，开采出砂收集口(中央反应釜段左开采口)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段右开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)和水合物区(左反应釜段)；这两种组合方式很好的模拟了实际水合物开采过程中的水合物垂直井出砂和水平井出砂情况；

双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式，前两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置，反向远离出砂，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右和上下的筛管出砂防砂试验，这两种方式从中央反应釜至反应釜两端均依次为水合物区(中央反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左右反应釜段)，开采出砂收集口(左右反应釜段开采口或半球形封盖)，根据水合物填料压实与否可选择中央反应釜活塞的有无；第三，四，五分别为反应釜水平布置，垂直布置和垂直布置，同向出砂，模拟依次是防砂筛管在水合物物藏的右侧，上方，下方的出砂防砂试验，这三种方式分别从反应釜左端，下端和上端至反应釜另一段均依次为水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段开采口)，防砂筛管区(次左右反应釜)，出砂观察区(左反应釜段)，开采出砂收集口(左反应釜段开采口)；最后两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置，反向靠近出砂，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右方和上下方的筛管出砂防砂试验，这两种方式从反应釜两端至中央反应釜均依次为水合物区(左反应釜段)，防砂筛管区(次左右左反应釜段)，出砂观察区(中央反应釜段)，开采出砂收集口(中央反应釜段左右开采口)。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：反应釜各个组件能根据实验目的进行多用途组合，具体地，反应釜由左右半反应釜，次左右反应釜段和中央反应釜段三部分和配件组成，三部分的各反应釜段由法兰连接固定，其中，左右半反应釜和中央反应釜段可以同时实现天然气水合物模拟开采出砂的观察及出砂计量功能、装填不同的多孔介质的填砂功能、模拟开采产沙水气功能和生成天然气水合物的初始注水气功能；次左右反应釜可以根据需要可以分别实现不同的观察、填砂、模拟开采、注水气等功能；此外，还配有平釜盖和半球形釜盖，可以使试验方案更加灵活实用。

附图说明

图1为本发明反应釜的结构示意图，其中，图1(a)为左右反应釜，图1(b)为次左右反应釜，图1(c)为中央反应釜，图1(d)为反应釜的配件；

图2为反应釜的简单组合及组件替换形式，其中，图2(a)为最简单的一种反应釜的组合形式，图2(b)为反应釜的组件替换形式；

图3为无观察区的单井出砂防砂试验的三种组合方式示意图；

图4是无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式示意图；

图5是单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式示意图；

图6是单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式示意图；

图7是双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式示意图；

图8是双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式示意图。

附图中：1、左右反应釜壁；2、注氮气口；3、可移动活塞；4、泄压口；5、副开采口；6、温压传感器预留孔；7、排液口；8、观察口下透明视窗；9、开采口；10、支撑螺母；11、法兰；12、注砂口；13、观察口上透明视窗；14、注水口；15、注甲烷气口；16、器件预留孔；17、次左右反应釜壁；18、中央反应釜壁；19、球阀；20、防砂筛管壁或井壁刚性隔网；21、平封盖；22、半球形盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

本实施例中，为更清楚讲解本发明的反应釜的组合特点，第一反应釜组件、第二反应釜组件、第三反应釜组件可分别称为左右反应釜、次左右反应釜和中央反应釜，反应釜可简称为反应釜。

参见图1，反应釜的左右反应釜壁1，次左右反应釜壁17和中央反应釜壁18三个釜段均为圆柱形管段且三管壁两侧有支撑螺母10和器件预留孔16和温压传感器预留孔6以实现反应釜结构的支撑作用和器件与参数信息的控制与收集；三釜段各部分由法兰11连接，且三釜段底部设有泄压口4，排液口7以实现对压缩空间内压力降低和釜内固液排出和釜段的清洗；左右反应釜壁1釜段为一端开口一端封闭，次左右反应釜壁17和中央反应釜壁18两釜段均为两端开口且各自镜像对称结构；左右反应釜和中央反应釜内的可移动活塞3均可拆卸，可移动活塞3作用是配合注氮气口2往内充氮气压实釜内填料。左右反应釜壁1和中央反应釜壁18上部均有注砂口12、注水口14、注甲烷气口15以实现往釜段内注砂水气；左右反应釜壁1和中央反应釜壁18上部和底部分别有观察口上透明视窗13和观察口下透明视窗8以实现在开采过程和实验过程中对釜段内出砂情况或釜内变化实时查看功能，且左右反应釜壁1和中央反应釜壁18均设有开采口9，左右反应釜壁1还设有副开采口；球阀19和防砂筛管壁或井壁刚性隔网20放置于充当水合物区和筛管填料区釜段之间以模拟实际水合物藏与井壁或筛管之间的隔开；平封盖21和半球形盖22在设计简单的出砂防砂实验中能有效封闭反应釜且两者在底部均有开采口可实现开采过程中出砂功能；半球形盖22可用于设计垂直反应装置实验中，利用半球形可充分收集出砂。

下面详细说明每一种组合方法的作用及模拟出砂防砂试验情况的说明。

参见图2(a)，图示组合是反应釜最简单的组合，它是由左右反应釜壁1的左反应釜，防砂筛管壁或井壁刚性隔网20和半球形盖22或平封盖21组成。参见图2(b)，一般情况下水平布置时用平封盖21，垂直布置时用半球形盖22，这是因为这样可以使出砂充分收集；在此最简单的组合反应釜的左反应釜为水合物生成分解区，半球形盖22或平封盖21用来收集水合物分解过程中出砂并通过开采口流出；

在图2～8所有试验反应釜组合中，左反应釜段可以与中央反应釜加平封盖21的组合等效互相替代，这是因为中央反应釜壁18具有左右反应釜壁1的所有注入、观察、开采口；图3～8中箭头的方向代表水合物分解过程中出砂流动方向；以次左右反应釜壁17两段开口左右加防砂筛管壁或井壁刚性隔网20来模拟防砂筛管。

如图3是无观察区的单井出砂防砂试验的三种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图3(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图3(b))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中((图3(c))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口。

如图4是无观察区的双井出砂防砂试验的两种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图4(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图4(b))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是开采出砂收集口，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；其中水合物区的活塞根据要求决定是否放入，当要求水合物填料压实，可以放入活塞实现对水合物填料的压实，也可不放入活塞，对水合物填料预先压实从中央反应釜两侧开口放入。

如图5是单观察区的单井出砂防砂试验的四种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图5(a))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图5(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方的筛管出砂防砂试验，从下至上依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中(图5(c))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口；在第四种组合方式中(图5(d))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区和开采出砂收集口。

如图6是单观察区的双井出砂防砂试验的三种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图6(a))，为水平布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏右侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第二种组合方式中(图6(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏上方和下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是开采出砂收集口，出砂观察区，防砂筛管区，水合物区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在第三种组合方式中(图6(c))，为垂直布置反应釜，模拟的是防砂筛管在水合物藏下方的筛管出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，防砂筛管区和开采出砂收集口；在这三种组合方式中第一种和第三种有两个防砂筛管区和两个开采出砂收集口是由于水合物开采过程中模拟出砂分别经过两个防砂筛管。

如图7是双观察区的单井出砂防砂试验的两种组合方式，从左至右依次说明；在第一种组合方式中(图7(a))，为水平布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右两侧的筛管出砂防砂试验，从左至右依次是水合物区，防砂筛管区，开采出砂收集口，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和水合物区；在第二种组合方式中(图7(b))，为垂直布置反应釜，模拟的是水合物藏在防砂筛管上下方出砂防砂试验，从上至下依次是水合物区，防砂筛管区，开采出砂收集口，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区和水合物区；这两种组合方式很好的模拟了实际水合物开采过程中的水合物垂直井出砂和水平井出砂情况。

如图8是双观察区的双井出砂防砂试验的七种组合方式，从左至右依次说明，从上到下依次说明：前两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置(图8(a))，反向远离出砂，分别模拟的是防砂筛管在水合物藏左右和水合物藏的上下的筛管出砂防砂试验，这两种方式从中央反应釜至反应釜两端均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，根据水合物填料压实与否可选择中央反应釜活塞的有无；第三，四，五分别为反应釜水平布置，垂直布置和垂直布置，同向出砂，模拟依次是防砂筛管在水合物物藏的右侧，上方，下方的出砂防砂试验(图8(b))，这三种方式分别从反应釜左端，下端和上端至反应釜另一端均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口；最后两种方式分别为反应釜水平布置和垂直布置(图8(c))，反向靠近出砂，模拟的是水合物藏在防砂筛管左右方和上下方的筛管出砂防砂试验，这两种方式从反应釜两端至中央反应釜均依次为水合物区，防砂筛管区，出砂观察区，开采出砂收集口。

本发明创造具有模块化特点，将模拟天然气水合物开采出砂防砂试验划分为反应釜，注气水砂系统，气水砂分离计量系统，低温水浴夹套系统，支撑和安全系统。反应釜中反应釜可根据不同实验条件和目的组合成不同反应釜；反应釜主要包括：左右反应釜，次左右反应釜，中央反应釜和封盖。通过左右反应釜加封盖组合成实现水合物生成分解无筛管的反应釜；通过左右反应釜加反应釜配件(阀门，封盖，筛网等)加次左右反应釜和中央反应釜组合可模拟无观察区的单井和双井、单观察区的单井和双井，双观察区的单井和双井等一系列出砂防砂试验；其中左右反应釜和中央反应釜可充当水合物生成分解区和观察区，次左右反应釜加上两端滤网可充当防砂筛管区。支撑架的水平和垂直可模拟垂直和水平出砂防砂试验。

开采方法可根据需要选择降压开采或注热开采，其中，降压开采是目前主要的天然气水合物开采方法之一，是通过降低水合物层压力，使其低于水合物在该区域温度条件下相平衡压力，从而使水合物从固体分解相变产生甲烷气体的过程。降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快，因此，降压法是最有潜力的经济、有效的开采方式。注热开采，又称热激发开采法，是直接对天然气水合物层进行注热或加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。