水合物储层砾石充填与防砂增产反应釜

1.本发明涉及砾石充填与防砂增产实验技术领域，尤其涉及一种进行水合物储层砾石充填模拟与充填后防砂增产实验的反应釜。


背景技术：

2.天然气水合物实际开采过程中，由于水合物分解导致沉积物骨架弱化，部分储层颗粒会随流体迁移至井筒内，发生出砂现象。大量骨架颗粒的产出可能导致储层坍塌堵塞或地层渗透率降低，影响开采效率，从而带来经济损失。因此，需要进一步研究水合物储层的防砂增产问题。
3.砾石充填防砂是将砾石、陶砾等固相颗粒充填到井筒或地层中的防砂工艺，具有挡砂效果好、有效期长等优点，在传统油气完井工艺中被证明是行之有效的防砂方法，已成为国内外疏松砂岩油气田的主流防砂工艺。中国南海神狐海域水合物储层属于未固结超细粉砂储层，砾石充填防砂被认为是应对此类储层最有效的防砂工艺之一。但由于此类防砂工艺施工相对复杂、成本较高，因此对于工艺参数进行优化设计而取得好的防砂效果尤为重要，对于可能发生相变过程的水合物储层进行砾石充填作业是否会引起水合物分解、储层破坏等问题尚不明确，有待进一步研究。
4.针对上述问题，除了需要关注砾石充填过程中的携砾液流态、砾石运移堆积方式、水合物储层状态等以外，还需要关注砾石尺寸、携砂比、泵注排量和泵注程序等工艺参数过程对于砾石充填与水合物储层稳定的影响，更进一步的需要定量评估砾石充填后的防砂增产效果，从而形成一套完整的砾石充填与防砂增产工艺。因此，为满足水合物开采的需要，全过程评估砾石充填效果并优化工艺参数，确有必要设计出一种聚焦水合物储层砾石充填过程实验，同时兼顾防砂增产效果评估的室内模拟实验装置。
5.专利文献cn111999466a公开了一种用于天然气水合物开采的可拆分式出砂防砂反应釜，该方案可以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，但是该方案不能实现定量评估砾石充填后的防砂增产效果。
6.专利文献cn110346529a公开了一种天然气水合物水平井开采三维径向流出砂、防砂试验反应釜，该方案能模拟天然气水合物水平井实际开采过程中，不同降压方案与不同完井防砂方式下的出砂量、出砂规律与产能预测，但是该方案也不能实现定量评估砾石充填后的防砂增产效果。


技术实现要素：

7.为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种进行水合物储层砾石充填模拟与充填后防砂增产实验的反应釜。
8.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
9.一种水合物储层砾石充填与防砂增产反应釜，包括：
10.沉积物腔，用以放置样品；所述沉积物腔设置有沉积物腔孔口；
11.轴压加载板，其设置于所述沉积物腔内，通过对轴压加载板施加外力来对沉积物腔内发样品施加上覆应力以固结压实；
12.砾石腔，其设置有砾石腔孔口，用以和所述沉积物腔孔口相对安装，以作为砾石充填过程中携砾液进入水合物储层和防砂增产实验中储层颗粒运移进入砾石层的通道；
13.透明观察窗，其设置在所述沉积物腔和砾石腔相连通的位置处并向沉积物腔和砾石腔方向延伸，用以观测生产模拟实验全过程砾石与储层颗粒的运移堆积情况。
14.进一步地，所述沉积沉积物腔和砾石腔两者之间通过可拆卸的方式来连接安装。
15.进一步地，所述沉积物腔外侧整体被沉积物腔水冷夹套所包裹，允许冷却液在沉积物腔水冷夹套内测和沉积物腔釜体外侧形成的空间中流动，以控制反应釜整体温度。
16.进一步地，在所述沉积物腔上部设置有轴压液进口，以往轴压加载板和沉积物腔所形成的空间内注入轴压液实现增压，对沉积物腔内样品施加上覆应力以固结压实。
17.进一步地，在所述沉积物腔中设置有注液口，用于流体注入进行渗透率及生产模拟实验。
18.进一步地，在所述沉积物腔中设置有电阻率探头和声波探头，用以监测实验过程中沉积物样品的电阻率和声波数据演化规律；在所述沉积物腔中还设置有温度探头和压力探头，用以监测实验过程中水合物储层的温度、压力数据。
19.进一步地，所述砾石腔为中空结构以提供砾石充填空间，所述砾石腔整体被砾石腔水冷夹套所包裹；所述砾石腔上部设置有携砾液进口与返水口，以作为携砾液注入通道与多余流体的排出通道；所述砾石腔下部设置有生产口，以用于生产模拟过程中的产水、产气、产砂通道。
20.进一步地，所述沉积物腔与砾石腔之间通过的法兰盘相连接，并在所述法兰盘上设置有密封圈。
21.进一步地，所述砾石腔为射孔井砾石腔或裸眼井砾石腔；
22.所述射孔井砾石腔的砾石腔孔口为带有多个贯穿性圆孔的结构；
23.所述裸眼井砾石腔的砾石腔孔口为无遮挡的贯穿孔，所述携砾液进口下方螺纹连接模拟裸眼井口，为一中空圆管，作为携砾液进入的通道。
24.进一步地，所述沉积物腔左侧釜壁为可拆卸结构，拆卸后向沉积物腔内装填骨架材料。
25.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
26.本发明提供的反应釜通过沉积物腔、砾石腔与透明观察窗的整合应用，进行水合物储层砾石充填过程的模拟实验以及砾石充填后的防砂增产评价实验，并可直接观测生产模拟实验全过程砾石与储层颗粒的运移堆积情况，实现实验室内进行砾石尺寸、携砂比、泵注排量等砾石充填工艺对于水合物储层影响的评价以及砾石充填后防砂增产效果的定量评价，有利于全过程评估砾石填充防砂增产工艺，并提出优化建议。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的反应釜结构示意图；
28.图2是本发明实施例提供的沉积物腔结构示意图；
29.图3是本发明实施例提供的射孔井砾石腔结构示意图；
30.图4是本发明实施例提供的裸眼井砾石腔结构示意图；
31.其中，1-沉积物腔，11-注液口，12-沉积物腔釜体，13-沉积物腔水冷夹套，14-轴压液进口，15-沉积物腔法兰盘，16-沉积物腔孔口，17-温度传感器，18-压力传感器，2-轴压加载板，3-电阻率探头，4-声波探头，5-透明观察窗，6-砾石腔，61-砾石腔孔口，62-砾石腔法兰盘， 63-返水口，64-携砾液进口，65-砾石腔水冷夹套，66-砾石腔釜体，67-生产口，68-模拟裸眼井口。
具体实施方式
32.实施例：
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
34.在本发明中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
35.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
36.如图1所示，本实施例提供了一种水合物储层砾石充填与防砂增产反应釜，所述反应釜可分别用于进行水合物储层的砾石充填模拟实验和砾石充填后的防砂增产实验，并在实验全过程中控制水合物储层的温度、压力条件，监测实验过程中的电阻率和声波演化规律，直接观测砾石充填过程中的砾石运移、堆积过程和储层骨架颗粒在砾石充填层内的运移过程，获取相应过程的出砂、产水、产气数据。
37.具体地，所述反应釜主要包括沉积物腔1，位于所述沉积物腔上部的轴压加载板2，位于沉积物腔前后两侧的电阻率探头3和声波探头4，位于沉积物腔右侧的砾石腔6，以及位于反应釜前侧且覆盖砾石腔6下半部分以及砾石腔与沉积物腔连接处的透明观察窗5，也就是说该透明观察窗5是设置在所述沉积物腔和砾石腔相连通的位置处并向沉积物腔和砾石腔方向延伸，从而可以观测全过程砾石与储层颗粒的运移堆积情况。
38.如图2所示，所述沉积物腔1与砾石腔6为扁平的长方体，在所述沉积物腔1的中空部放置样品，可作为水合物储层式样合成和测试的空间。所述沉积物腔1外侧整体被沉积物腔水冷夹套13所包裹，允许冷却液在沉积物腔水冷夹套13内测和沉积物腔釜体12外侧形成的空间中流动，从而控制反应釜整体温度。所述沉积物腔釜体12左侧为可拆卸结构，拆卸后可便于装填骨架材料。所述轴压加载板2位于所述沉积物腔1上侧，通过向所述轴压液进口14 注入轴压液实现增压，从而对所述沉积物腔1内部的储层样品施加上覆应力以固结压实。此外，为保证轴压加载板始终处于水平位置不发生偏转，其上部可设置多个贯穿所述沉积物腔 1与所述沉积物腔水冷夹套13的活塞杆。所述沉积物腔1右侧下方设置有沉积物腔孔口16，与所述砾石腔61左侧下方的砾石腔孔口61相连，可作为砾石充填过程中携砾液进
入水合物储层和防砂增产实验中储层颗粒运移进入砾石层的通道。所述沉积物腔1左侧设置有注液口 11，可用于流体注入进行渗透率及生产模拟实验，注液口处可设置有滤网，以防止储层砂颗粒进入注液管路造成堵塞。所述沉积物腔1下部设置有温度探头17和压力探头18，用于监测实验过程中水合物储层的温度、压力数据。所述沉积物腔1前后对称设置有电阻率探头3 和声波探头4，可用于监测实验过程中沉积物样品的电阻率和声波数据演化规律。所述沉积物腔1右侧设置有沉积物腔法兰盘15，用于与砾石腔6相连接。
39.所述沉积物腔1与砾石腔6通过所述沉积物腔法兰盘15与所述砾石腔法兰盘62相连接，优选的，二者以螺栓连接，所述沉积物腔法兰盘15与所述砾石腔法兰盘62连接面上均设有密封圈，用于形成密封，防止连接后反应釜内部压力泄露。所述沉积物腔法兰盘15与所述砾石腔法兰盘62前侧均留有透明观察窗5安装孔位，所述透明观察窗5四周设置有密封圈压盖，以螺栓形式连接在反应釜前侧，其面积应覆盖砾石腔6下半部分与沉积物腔1右下方沉积物腔孔口16部分，可清晰观察到砾石填充实验时的砾石运移堆积过程与防砂增产实验时的沉积物颗粒向所述生产口67内运移的过程。
40.由此可见，通过沉积物腔、砾石腔与透明观察窗的整合应用，进行水合物储层砾石充填过程的模拟实验以及砾石充填后的防砂增产评价实验，并可直接观测全过程砾石与储层颗粒的运移堆积情况，实现实验室内进行砾石尺寸、携砂比、泵注排量等砾石充填工艺对于水合物储层影响的评价以及砾石充填后防砂增产效果的定量评价，有利于全过程评估砾石填充防砂增产工艺，并提出优化建议。
41.具体地，该砾石腔6可依据实际生产中的井型设计制作，本实施例仅列举裸眼井与射孔井两种井型的砾石腔设计方案。
42.射孔井砾石腔结构如图3所示，砾石腔釜体66整体被砾石腔水冷夹套65所包裹，两者间的间隙允许冷却液在其中循环流动，以控制砾石腔内部温度。所述砾石腔釜体左侧设置有砾石腔法兰盘62，可用于与沉积物腔1相连接。所述砾石腔釜体66左侧下方设置有砾石腔孔口61，对于射孔井砾石腔，砾石腔孔口61为带有多个贯穿性圆孔的结构，所述砾石腔孔口61与所述沉积物腔孔口16相通，共同作为砾石充填过程中携砾液进入水合物储层和防砂增产实验中储层颗粒运移进入砾石层的通道。所述砾石腔6上部设置有携砾液进口64与返水口63，所述携砾液进口64用于向砾石腔6内部注入携砾液以进行砾石充填过程，其孔口直径较为宽大，以便于满足不同含砾量携砾液在不同泵入流速下注入所述砾石腔6内，所述返水口63在砾石充填过程中用于排出携砾液内的多余流体，可设置多个返水口以满足不同排量需求，其内部应设置有可替换筛网，以防止不同尺寸的砾石自此流出。所述砾石腔6下部设置有生产口67，用于在防砂增产实验中充当流体与储层骨架颗粒的运移通道。所述携砾液进口64、返水口63和生产口67均设计有开关功能，在不使用时起密封作用以防止反应釜内压力泄露。
43.裸眼井砾石腔结构如图4所示，砾石腔釜体66整体被砾石腔水冷夹套65所包裹，两者间的间隙允许冷却液在其中循环流动，以控制砾石腔内部温度。所述砾石腔釜体左侧设置有砾石腔法兰盘62，可用于与沉积物腔1相连接。所述砾石腔釜体66左侧下方设置有砾石腔孔口61，对于裸眼井砾石腔，砾石腔孔口61为无遮挡的贯穿孔，所述砾石腔孔口61与所述沉积物腔孔口16相通，共同作为砾石充填过程中携砾液进入水合物储层和防砂增产实验中储层颗粒运移进入砾石层的通道。所述砾石腔6上部设置有携砾液进口64与返水口63，所述
携砾液进口64用于向砾石腔6内部注入携砾液以进行砾石充填过程，其孔口直径较为宽大，以便于满足不同含砾量携砾液在不同泵入流速下注入所述砾石腔6内，所述返水口63在砾石充填过程中用于排出携砾液内的多余流体，可设置多个返水口以满足不同排量需求，其内部应设置有可替换筛网，以防止不同尺寸的砾石自此流出。所述携砾液进口64下方接有模拟裸眼井口，其为一中空圆管，允许携砾液在其间自上而下流动，优选的，所述携砾液进口64与所述模拟裸眼井口68由螺纹连接。所述砾石腔6下部设置有生产口67，用于在防砂增产实验中充当流体与储层骨架颗粒的运移通道。所述携砾液进口64、返水口63和生产口67均设计有开关功能，在不使用时起密封作用以防止反应釜内压力泄露。
44.通过上述反应釜的结构设计及部件安装，本发明能够实现以下功能：(1)实时控制反应釜内的温度压力条件，实现水合物的合成与分解过程；(2)通过轴压加载板模拟水合物储层的上覆地层应力，实现水合物储层固结压实；(3)模拟不同砾石充填工艺参数下的砾石充填过程，通过透明观察窗可实现对砾石充填过程的砾石运移堆积规律观测以及水合物储层状态的监测；(4)模拟不同开采条件下砾石充填层的防砂增产效果，观察储层颗粒在砾石层中运移状况。
45.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)沉积物腔左侧釜壁为可拆卸结构，拆卸后向沉积物腔内装填骨架材料，方便便的装填骨架材料，模拟不同组成结构的水合物储层，并合成水合物，真实反映水合物储层的温度、压力、应力条件；(2)反应釜前侧安装有透明观察窗，除了可以通过外接系统监测储层温度、压力，携砾液流速、压力，生产产水、产气、出砂数据以外，还可直接观察砾石充填过程中的砾石运移堆积于生产开采过程中的储层颗粒运移情况；(3)砾石腔为可拆卸更换结构，可依据不同生产井型设计改造，从而实现对于不同井型的砾石充填与防砂增产实验，进一步拓宽反应釜功能范围；(4)反应釜集成了电阻率与声波探头，在进行砾石充填与生产模拟实验的同时，可通过电学与声学数据监测砾石充填与生产过程中水合物储层的状态，并据此反演储层骨架参数.
46.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。