(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210613585.9 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 中海油海南能源 有限公司 地址 570100 海南省海口市龙华区滨 海大 道华信路4 号海油大厦 申请人 中海石油(中国)有限公司海南分公 司 (72)发明人 孟文波　刘书杰　黄熠　刘和兴　 任冠龙　余意　黄亮　张健　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 龙涛 (51)Int.Cl. E21B 49/00(2006.01) E21B 47/10(2012.01)E21B 41/00(2006.01) E21B 43/01(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 多气层合采天然气水合物井筒流动保障模 拟装置及方法 (57)摘要 本发明涉及水合物 开发技术领域， 尤其是指 多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装 置及方法， 包括储层模拟系统、 注气及压力调节 系统、 注水系统、 计量系统、 信息采集及处理系 统、 井筒及海洋环境模拟系统和水浴保温系统， 所述储层模拟系统与注气及压力调节系统、 注水 系统、 井筒及海洋环境模拟系统和水浴保温系统 进行连接， 所述注水系统与井筒及海洋环境模拟 系统之间通过计量系统进行连接。 本发明可以模 拟下伏天然气的水合物藏开采时储层开发动态 及井筒流动， 探究水合物藏及天然气藏联采时下 伏天然气对于水合物开发的影响及井筒内的流 动保障问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114941525 A 2022.08.26 CN 114941525 A 1.一种多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置， 其特征在于： 包括储层模拟 系统、 注气及压力调节系统、 注水系统、 计量系统、 信息采集及处理系统、 井筒及 海洋环境模 拟系统和水浴保温系统， 所述储层 模拟系统与 注气及压力调节系统、 注水系统、 井筒及 海洋 环境模拟系统和水浴保温系统进 行连接， 所述注水系统与井筒及海洋环境模拟系统之 间通 过计量系统进行 连接。 2.根据权利要求1所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述储层模拟系统由模拟反应容器、 天然气储层、 隔层、 水合物储层、 控温夹套、 密封圈、 活塞、 液压推动杆、 温压传感器和电阻率传感器组成， 所述模拟反应容器内固定连 接有隔层， 所述隔层上端为水合物储层， 所述隔层下端为 天然气储层， 所述隔层上下均设置 温压传感器和电阻率传感器， 所述模拟反应容器内滑动连接有活塞， 所述活塞上端固定连 接有液压推动杆； 在所述水合物储层和天然气储层所 处位置的模拟反应容器外部分别设置 控温夹套。 3.根据权利要求1所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述注气及压力调节系统由储气瓶、 第一气体压缩机、 第二气体压缩机、 第一气 动阀和第二气动阀组成， 所述注气及压力调节系统有两条支路， 位于上端的支路设置有第 一气体压缩机和第一气动阀， 且上端的支路与水合物储层连接， 位于下端的支路设置有第 二气体压缩机和第二气动阀， 且下端的支路与天然气储层连接 。 4.根据权利要求1所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述注水系统由储液罐、 活塞泵、 第一液体流量计、 第一注水阀和第二注水阀组 成， 所述注水系统设置有两条支路， 上端的支路通过第一注水阀与水合物储层连接， 下端的 支路通过第二注水阀与天然气储层连接 。 5.根据权利要求2所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述井筒及海洋环境模拟系统由开采井筒、 流型观察窗口、 水合物观察窗口、 摄 像机、 水浴循环夹套、 第一温压传感器、 第二温压传感器和压力调节阀组成， 所述水浴循环 夹套位于开采井筒外部， 所述第一温压传感器位于水浴循环夹套外部， 所述第二温压传感 器位于开采井筒外部， 所述流型观察窗口设置在开采井筒上， 所述水合物观察窗口设置在 水浴循环夹套上。 6.根据权利要求1所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述计量系统由加热器、 气液分离器、 第二液体流量计、 放液阀、 气体流量计和气 体处理装置组成， 所述加热器通过压力调节阀与开采井筒连接， 所述第二液体流量计通过 放液阀与储液 罐进行连接。 7.根据权利要求5所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述水浴保温系统由第一水浴循环机、 第二水浴循环机和 第三水浴循环机组成， 所述第一水浴循环机连接水浴循环夹套两端， 所述第二水浴循环机连接水合物储层外的控 温夹套， 所述第三水浴循环机连接天然气储层外的控温夹套。 8.根据权利要求1所述的多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟装置及方法， 其 特征在于： 所述信息采集及处理系统用于接收、 储存其他各系统的温压传感器、 电阻率传感 器、 流量计、 摄像机、 气体压缩机传出的信号， 并根据这些信号对气动阀、 活塞泵、 压力调节 阀进行控制。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114941525 A 29.基于权利要求1 ‑8任一项所述多气层合采天然气水合物井筒流动保障模拟方法， 其 特征在于： 包括以下步骤： A： 水合物藏及气藏成藏阶段； A1： 向模拟反应容器空腔中填入多孔介质并埋入井筒， 控制液压推动杆进行压实达目 标孔隙度φ1； A2： 下入带有密封圈的隔层并进行固定； A3： 向模拟反应容器空腔中填入多孔介质， 控制液压推动杆进行压实达目标孔隙度φ2； A4： 开启水浴， 分别设置好天然气储层、 水合物储层温度和泥 线附近环境温度； A5： 关闭压力调节阀， 设置水合物饱和度、 两个储层的地层压力， 向储层中注入天然气 和水， 等待水合物生成， 期间计算机自动控制气动阀开度以向水合物储层中补充气体； A6： 气动阀10mi n内开度为 零即认为水合物不再生成， 该阶段 结束； B： 模拟开发阶段； B1： 关闭气动阀和注水阀， 设置开采压力， 开启加热器、 气液分离器、 放液阀和摄 像机； B2： 开启压力调节阀， 计算机根据预设开采压力自动控制压力调节阀； B3： 根据气体流量计、 液体流量计、 温压传感器和电阻率传感器信息分析储层开发动 态、 井筒内流型转 化情况及泥 线附近水合物生成沉积 情况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114941525 A 3