微生物加固水合物储层出砂模型试验装置

本技术涉及水合物储层加固研究，特别涉及一种微生物加固水合物储层出砂模型试验装置。

背景技术：

1、天然气水合物因为其清洁并且储量巨大而受到广泛关注。但水合物储层安全高效开采还受到诸多制约，水合物分解会引起储层的力学稳定性降低，进而导致出砂甚至储层破坏，引发严重的海洋地质灾害。同时，储层大量出砂会引发井口、井筒堵塞、降压泵损坏等工程问题，造成减产停产。针对水合物储层开采过程中的出砂问题，一方面需要弄清楚出砂机理；另一方面需要找到储层加固方法，在水合物分解后仍能够胶结砂粒，保持储层强度。

2、目前微生物诱导碳酸钙沉积(micp)注浆技术作为一种新型绿色环保的土体加固技术被广泛用于土木工程领域。micp技术具有潜热低、效率高、加固效果好等特点，非常适合用于天然气水合物储层加固。目前尚无使用微生物加固水合物储层，以评估储层力学性能和出砂行为的试验装置。因此，为了研究微生物加固对水合物开采过程中出砂行为及储层力学性能的影响，需要研制一种可实时观测微生物加固水合物储层、及水合物开采出砂过程中，水合物储层内渗流场、温度场、变形场、水合物、矿物含量分布演化规律以及产水产气产砂规律和机理的试验装置，以便于找到利用micp技术进行天然气水合物安全高效开发的最优方案。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的是提出一种微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，旨在提供一种可实时观测微生物加固水合物储层、及水合物开采出砂过程中，水合物储层内渗流场、温度场、变形场、水合物、矿物含量分布演化规律以及产水产气产砂规律和机理的试验装置，以便于找到利用micp技术进行天然气水合物安全高效开发的最优方案。

2、为实现上述目的，本实用新型提出的一种微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，包括：

3、反应釜，所述反应釜内形成有反应腔，所述反应腔用于放置试验沙土，所述反应腔内安装有井筒，并与所述井筒连通，所述井筒的两端分别贯穿所述反应釜的顶部和底部；

4、注入控制系统，所述注入控制系统与所述反应腔连通；

5、供海水系统，所述供海水系统的出口通过所述注入控制系统与所述反应腔连通，以向所述反应腔内加入人工海水；

6、供气系统，所述供气系统的出气口通过所述注入控制系统与所述反应腔连通，以向所述反应腔内加入甲烷或者二氧化碳气体；

7、供微生物系统，所述供微生物系统的出口通过所述注入控制系统与所述反应腔连通，以向所述反应腔内加入菌液；

8、供胶结液系统，所述供胶结液系统的出口通过所述注入控制系统与所述反应腔连通，以向所述反应腔内加入胶结液；

9、开采出砂模拟系统，所述开采出砂模拟系统包括分离装置和降压装置，所述分离装置和所述降压装置均连接于所述井筒，所述降压装置用于降低所述反应腔内的压力，以促使所述反应腔内的水合物储层分解，所述分离装置用于采集并分离开采出的产物；

10、传感器组件，所述传感器组件设于所述反应釜，用于获取加固-分解过程中水合物储层的温度、压力、含水量、水合物饱和度、变形、强度、矿物组分的分布。

11、在本实用新型的一实施例中，所述传感组件包括：

12、稳压系统，所述稳压系统具有压力传感器，所述压力传感器设于所述反应釜内，用于实时测量所述反应腔内的压力；

13、温控系统，所述温控系统具有温度传感器，所述温度传感器设于所述反应釜内，用于实时测量所述反应腔内的温度；

14、剪切波速测量系统，所述剪切波速测量系统用于实时监测所述反应腔内水合物储层的沉积物强度；

15、时域反射测量系统，所述时域反射测量系统用于实时监测所述反应腔内水合物储层的饱和度；

16、位移监测系统，所述位移监测系统用于实时监测所述反应腔内水合物储层的位移变化。

17、在本实用新型的一实施例中，所述时域反射测量系统具有多个时域反射探头，多个所述时域反射探头沿反应釜轴向间隔分布。

18、在本实用新型的一实施例中，所述剪切波速测量系统具有多个剪切波速探头，多个所述剪切波速探头沿反应釜轴向间隔分布。

19、在本实用新型的一实施例中，所述压力传感器和/或所述温度传感器均设有多个，多个所述压力传感器和/或多个所述温度传感器均沿所述反应釜的轴向间隔分布。

20、在本实用新型的一实施例中，所述分离装置包括固液分离器和气液分离器，所述固液分离器的进口连通所述井筒的底部，所述气液分离器的进口通过所述降压装置连通所述井筒的顶部和所述固液分离器的出口。

21、在本实用新型的一实施例中，所述固液分离器包括扩容管和集砂罐，所述集砂罐的进口通过所述扩容管连通所述井筒的底部，且所述扩容管的内径大于所述井筒的内径，所述集砂罐的出口通过所述降压装置连通所述气液分离器的进口。

22、在本实用新型的一实施例中，所述集砂罐的侧壁设有透明观察窗；所述固液分离器还包括拍照相机，所述拍照相机的拍摄口朝向所述透明观察窗设置；

23、和/或，所述集砂罐的出口盖设有滤网。

24、在本实用新型的一实施例中，所述反应釜包括釜体、上端盖以及下端盖，所述上端盖和所述下端盖分别盖设于所述釜体的顶部和底部，并与所述釜体围合形成所述反应腔；

25、所述上端盖开设有间隔设置的第一注入口和第一外接口，所述下端盖开设有间隔设置的第二注入口和第二外接口，所述井筒的顶部和底部分别穿设于所述第一外接口和所述第二外接口，所述注入控制系统通过所述第一注入口和/或所述第二注入口与所述反应腔连通。

26、在本实用新型的一实施例中，所述釜体包括多个釜体单元，多个所述釜体单元沿竖直方向依次堆叠。

27、本实用新型的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，可首先向反应釜的反应腔内加入试验沙土，并通过供海水系统和供气系统分别向反应腔内加入人工海水和甲烷或者二氧化碳气体，同时将压力和温度调节为海洋储层近似条件，以形成初始海底水合物储层模型；然后通过供微生物系统和供胶结液系统分别向反应腔内加入菌液和胶结液，以对反应腔内的水合物储层进行加固，随即利用开采出砂模拟系统对水合物储层进行水合物降压分解。在此过程中，便可通过传感器组件(例如压力传感器、温度传感器、剪切波速测量系统、时域反射测量系统、位移监测系统等)来获取加固-分解过程中水合物储层的温度、压力、含水量、水合物饱和度、变形、强度、矿物组分的分布，即可以获取并实时观测水合物储层的渗流场、温度场、变形场、水合物和矿物含量分布演化规律，从而研究水合物加固和开采过程中力学机理和产量变化规律，便于找到利用micp技术进行天然气水合物安全高效开发的最优方案，进一步预防潜在地质灾害，实现水合物的安全高效开采。

技术特征：

1.一种微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述传感器组件包括：

3.如权利要求2所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述时域反射测量系统具有多个时域反射探头，多个所述时域反射探头沿反应釜轴向间隔分布；

4.如权利要求2所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述压力传感器和/或所述温度传感器均设有多个，多个所述压力传感器和/或多个所述温度传感器均沿所述反应釜的轴向间隔分布。

5.如权利要求1所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述分离装置包括固液分离器和气液分离器，所述固液分离器的进口连通所述井筒的底部，所述气液分离器的进口通过所述降压装置连通所述井筒的顶部和所述固液分离器的出口。

6.如权利要求5所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述固液分离器包括扩容管和集砂罐，所述集砂罐的进口通过所述扩容管连通所述井筒的底部，且所述扩容管的内径大于所述井筒的内径，所述集砂罐的出口通过所述降压装置连通所述气液分离器的进口。

7.如权利要求6所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述集砂罐的侧壁设有透明观察窗；所述固液分离器还包括拍照相机，所述拍照相机的拍摄口朝向所述透明观察窗设置；

8.如权利要求1所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述反应釜包括釜体、上端盖以及下端盖，所述上端盖和所述下端盖分别盖设于所述釜体的顶部和底部，并与所述釜体围合形成所述反应腔；

9.如权利要求8所述的微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，其特征在于，所述釜体包括多个釜体单元，多个所述釜体单元沿竖直方向依次堆叠。

技术总结
本技术公开一种微生物加固水合物储层出砂模型试验装置，包括反应釜、注入控制系统、供海水系统、供气系统、供微生物系统、供胶结液系统、开采出砂模拟系统以及传感器组件；传感器组件用于获取加固‑分解过程中水合物储层温度、压力、含水量、水合物饱和度、变形、强度、矿物组分的分布。本方案提供了一种可实时观测微生物加固水合物储层、及水合物开采出砂过程中，水合物储层内渗流场、温度场、变形场、水合物、矿物含量分布演化规律以及产水产气产砂规律和机理的试验装置，以便于找到利用MICP技术进行天然气水合物安全高效开发的最优方案。

技术研发人员：王誉泽,杨明
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：20220901
技术公布日：2024/1/13