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专利号: 2021112734650
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,包括环境模拟系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物合成‑开采模拟系统以及变形数据测量系统:所述环境模拟系统包括装置外壳(26),所述装置外壳(26)的内腔填充有土层,所述土层的外壁喷涂有用于模拟地层密封的喷膜(2);

所述装置外壳(26)的内腔还设有覆盖在喷膜(2)外壁的水囊(20);

所述土层包括从下到上依次布置的下伏土层(6)、水合物储层(5)以及上覆土层(27),所述上覆土层(27)上方覆盖有柔性隔水层(22);

所述水合物储层(5)内横向布置有若干用于模拟水平井的井筒(11);

所述压力控制系统包括向土层输送水流来控制土层孔隙压力的孔隙水泵(1)、向水囊(20)内注水加压来模拟土层水平地应力的围压泵(8)、向柔性隔水层(22)上方注水加压来模拟海水层与土层的自重应力的轴压泵(21);

所述水合物合成‑开采模拟系统与井筒(11)相连,分解并开采天然气水合物;

所述变形数据测量系统包括若干呈环形阵列均布且上下贯穿土层的电阻率探针(4),所述电阻率探针(4)通过得到的电阻率信号来获取井筒(11)分层开采过程中的土层物性变化规律、土层变形特性、裂隙萌生‑扩展‑贯通过程信息;

包括若干埋置土层中的微震探头(25),通过分析土层微震信号,获取土层移动、塌陷的发生区域,并与电阻率信号相互校正、补充裂隙具体发展位置;

包括若干埋置土层中的机械式沉降计(28)和内置温度‑应变分布式光纤的弹簧(24),用于获取土层的直观沉降、温度数据;

包括若干埋置土层中的孔压计‑压力盒(23),用于天然气水合物开采过程中孔隙压力、骨架应力的测量;

井筒(11)外侧也粘贴有温度‑应变分布式光纤,用于获取天然气水合物开采过程中井筒(11)周围区域温度、应变变化规律;

所述温度控制系统设在装置外壳(26)外围用于控制内部土层温度。

2.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述装置外壳(26)下端开有左、右两个连通其内腔的通孔,所述通孔内设置有用于过滤流体的透水石(3),所述下伏土层(6)、水合物储层(5)与其外围喷膜(2)之间设有一圈便于水流通过的细砂(7)。

3.如权利要求2所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述压力控制系统包括两个孔隙水泵(1),其中一个所述孔隙水泵(1)的出口连通左侧通孔,向土层输送水流来控制土层孔隙压力,另一个所述孔隙水泵(1)的出口连通右侧通孔和压力容器(10),向装置外壳(26)内腔注入水‑天然气均匀混合流体,水‑天然气均匀混合流体通过透水石(3)和细砂(7)流入上覆土层(27)与下伏土层(6)之间形成水合物储层(5)。

4.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述水合物合成‑开采模拟系统包括背压阀(17),所述背压阀(17)入口分出两路分别连通上下两个井筒(11),所述背压阀(17)出口连接气水分离器(16),所述气水分离器(16)的两个出口分别连接分解水泵(14)和分解气泵(15)。

5.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述下伏土层(6)、水合物储层(5)以及上覆土层(27)自下而上采用分层压实法形成。

6.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述喷膜(2)采用现场喷涂形成橡胶膜技术。

7.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述温度控制系统包括恒温槽(13),所述恒温槽(13)与缠绕在装置外壳(26)外侧的铜管(12)连接并为其提供冷却循环液。

8.如权利要求1所述的一种天然气水合物水平井分层开采过程土层变形测试装置,其特征在于,所述井筒(11)的数量设为多排,用以模拟多排水平井分层开采。