本發(fā)明涉及天然氣水合物開采領(lǐng)域，具體涉及一種研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物(naturalgashydrate，ngh)是一種在低溫高壓下由天然氣和水生成的一種籠形結(jié)晶化合物，其外形如冰雪狀，遇火既燃，俗稱“可燃冰”。自然界的天然氣水合物中的天然氣成分主要是甲烷(>90％)，在常溫常壓下1m³的天然氣水合物分解釋放約160m³天然氣，所以天然氣水合物具有極高的能量密度。自然界中的天然氣水合物主要存在于海洋大陸架的沉積物層和陸地凍土帶。1964年，科學(xué)家在西伯利亞凍土帶首次發(fā)現(xiàn)了自然存在的天然氣水合物，不久之后，在黑海也發(fā)現(xiàn)了賦存于海底沉積物中的天然氣水合物。到上世紀(jì)90年代，業(yè)內(nèi)學(xué)者一致認(rèn)為，全球天然氣水合物所儲(chǔ)藏的能量超過所有石油、煤及天然氣所儲(chǔ)藏能量的總和。在過去的20年中，全球范圍內(nèi)展開包括深海鉆探計(jì)劃(dsdp)、大洋鉆探計(jì)劃(odp)和綜合大洋鉆探計(jì)劃(iodp)，對(duì)天然氣水合物的礦藏資源進(jìn)行調(diào)研。目前全球天然氣水合物總量的估計(jì)約1015～1018標(biāo)準(zhǔn)立方米，所以，天然氣水合物被認(rèn)為是21世紀(jì)石油天然氣最具潛力的替代能源。資源調(diào)查顯示，我國(guó)南海、東海陸坡－沖繩海、青藏高原凍土帶都蘊(yùn)藏著天然氣水合物。因此，研究出天然氣水合物有效、快速、經(jīng)濟(jì)的開采方法，為大規(guī)模開采天然氣水合物提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和依據(jù)，是緩解與日俱增的能源壓力的有效途徑。

天然氣水合物開采技術(shù)是實(shí)現(xiàn)天然氣水合物資源開發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。與常規(guī)化石能源不同，天然氣水合物以固體形態(tài)存在于多孔介質(zhì)中。其開采的基本思路是：通過改變天然氣水合物穩(wěn)定存在的溫-壓環(huán)境，即水合物相平衡條件，造成固體水合物在儲(chǔ)層原位分解成天然氣和水后再將天然氣采出。據(jù)此，科學(xué)家提出了幾種常規(guī)開采技術(shù)，如：降壓法、熱激法以及化學(xué)試劑法。由于水合物礦藏地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，賦存形式多樣，并且開采過程包含了復(fù)雜的天然氣-水-沉積物-水合物-冰組成的多相體系的相變過程及多相滲流過程，水合物開采過程中伴隨水合物分解的多孔介質(zhì)骨架變化是目前水合物開采中所遇到的最大問題之一。由于固態(tài)賦存的天然氣水合物變?yōu)榱鲃?dòng)的水和氣，原先的水合物礦藏地質(zhì)特性會(huì)發(fā)生巨大變化，例如滲透率、孔隙度、力學(xué)性質(zhì)和孔隙壓力都發(fā)生強(qiáng)烈變化，從而導(dǎo)致多孔介質(zhì)變形，引起氣固液三相混合流動(dòng)場(chǎng)，最終可能導(dǎo)致地層變形。所以研究天然氣水合物分解過程中產(chǎn)沙對(duì)多孔介質(zhì)變形的影響，對(duì)于水合物開采技術(shù)是否能夠順利完成以及水合物開采技術(shù)的安全性有著重要的作用。

當(dāng)前世界上較為先進(jìn)的天然氣水合物開采研究，其研究重點(diǎn)在不同的開采方法對(duì)水合物相變分解的效果，以及水合物分解過程中熱量的消耗傳遞，對(duì)于真實(shí)條件下，水合物分解過程的復(fù)雜相變滲流機(jī)理的認(rèn)識(shí)還處于模糊的狀態(tài)。在水合物開采模擬實(shí)驗(yàn)中幾乎全部忽略水合物開采過程中產(chǎn)沙與多孔介質(zhì)形變之間的關(guān)系，在以往的模擬實(shí)驗(yàn)中利用大顆粒組成多孔介質(zhì)(粒徑>100um)，令水合物分解過程中的多孔介質(zhì)骨架無法變化，但實(shí)際水合物礦藏中的多孔介質(zhì)粒徑是由0.01um的微顆粒至500um的大顆粒共同組成的，并且在水合物開采過程中產(chǎn)沙和形變是不可避免的。尤其是在井周圍的多孔介質(zhì)徑向形變，可能是導(dǎo)致井壁坍塌和產(chǎn)沙的主要因素，而目前缺乏有效的實(shí)驗(yàn)手段對(duì)水合物分解引起的徑向形變進(jìn)行測(cè)量。目前天然氣水合物開采實(shí)驗(yàn)裝置已趨于更精確測(cè)量、貼近野外實(shí)際的樣式發(fā)展，但具體工程實(shí)施仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室裝置研究成果尚不能完全滿足安全經(jīng)濟(jì)的實(shí)地水合物開采技術(shù)的需要，需進(jìn)一步研究開發(fā)可實(shí)現(xiàn)更精確反演海底實(shí)際水合物藏開采變化和開采設(shè)備運(yùn)行情況的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝備和平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)安全可靠開采奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，通過搭載真實(shí)尺寸的開采井筒，以及可更換的射孔轉(zhuǎn)接頭，真實(shí)模擬水合物在開采過程中的產(chǎn)沙行為以及氣液固在井筒內(nèi)的流動(dòng)行為，獲取水合物開采過程中產(chǎn)沙以及多孔介質(zhì)徑向形變數(shù)據(jù)，從而找出產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變之間的關(guān)系，為水合物開采技術(shù)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，包括高壓反應(yīng)釜、水合物樣品腔、模擬井筒、形變測(cè)量單元、環(huán)境溫度控制單元、出口控制單元、進(jìn)口控制單元以及數(shù)據(jù)處理單元；

所述高壓反應(yīng)釜置于環(huán)境溫度控制單元中，用于提供模擬實(shí)際地質(zhì)條件的圍壓，其包括上釜蓋、釜體和下釜蓋；

所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)還設(shè)有柔性橡膠套，所述柔性橡膠套、上釜蓋和下釜蓋圍成水合物樣品腔，所述水合物樣品腔填充有粒徑小于100um多孔介質(zhì)，所述柔性橡膠套、釜體以及上釜蓋和下釜蓋之間圍成圍壓腔；

所述模擬井筒為側(cè)壁設(shè)有射孔的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其位于水合物樣品腔內(nèi)，用以模擬水合物開采過程的產(chǎn)沙行為；

所述形變測(cè)量單元包括一組徑向形變測(cè)量單元，所述徑向形變單元包括多個(gè)沿柔性橡膠套徑向均布的硬連接桿，所述硬連接桿的一端與柔性橡膠套外壁連接，所述硬連接桿的另一端穿出高壓反應(yīng)釜釜體外壁，并與位移傳感器連接，所述位移傳感器通過測(cè)量硬連接桿的移動(dòng)以獲取水合物樣品腔中多孔介質(zhì)的徑向變形量；

所述環(huán)境溫度控制單元用于控制高壓反應(yīng)釜中的水合物生成過程、分解過程以及取樣過程的溫度；

所述進(jìn)口控制單元用于向水合物樣品腔中注入水和天然氣；

所述出口控制單元用于控制水合物開采過程中模擬井筒的出口壓力，并進(jìn)行出口產(chǎn)出物的分離及數(shù)據(jù)計(jì)量；

所述高壓反應(yīng)釜、形變測(cè)量單元、環(huán)境溫度控制單元、出口控制單元、進(jìn)口控制單元的感應(yīng)元件均通過信號(hào)線與數(shù)據(jù)處理單元電連接，該數(shù)據(jù)處理單元用以采集和處理各感應(yīng)元件的感應(yīng)信號(hào)。

所述出口控制單元包括依次連通的流固分離器、出口壓力控制器和氣液分離器，所述流固分離器安裝在模擬井筒的出口處。

所述徑向形變測(cè)量單元為多組，且沿柔性橡膠套軸向均布，用于測(cè)量多孔介質(zhì)在軸向方向的徑向變形情況。

所述模擬井筒的尺寸與實(shí)際鉆井井筒的尺寸一致，所述模擬井筒的射孔上還設(shè)有用于改變射孔大小的轉(zhuǎn)接頭，所述轉(zhuǎn)接頭可拆卸地安裝在射孔上。

所述轉(zhuǎn)接頭上還設(shè)置有用于模擬防沙的防沙網(wǎng)或/和用于模擬堵塞狀態(tài)的死堵。

所述模擬井筒內(nèi)還設(shè)置有傳感器和內(nèi)窺鏡，用于直接測(cè)量和觀察模擬井筒內(nèi)產(chǎn)沙情況以及井內(nèi)流動(dòng)情況。

所述高壓反應(yīng)釜的上釜蓋和下釜蓋與釜體均采用卡箍固定結(jié)構(gòu)，通過橡膠圈密封使得高壓反應(yīng)釜可提供最高25mpa的圍壓。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法，通過真實(shí)模擬水合物在開采過程中的產(chǎn)沙行為以及氣液固在井筒內(nèi)的流動(dòng)行為，獲取水合物開采過程中產(chǎn)沙以及多孔介質(zhì)徑向形變數(shù)據(jù)，從而找出產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變之間的關(guān)系，為水合物開采技術(shù)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù)，該實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：

s1、將高壓反應(yīng)釜置于環(huán)境溫度控制單元中，將模擬井筒置于水合物樣品腔中，在水合物樣品腔內(nèi)填充粒徑小于100um的多孔介質(zhì)；

s2、設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度，設(shè)定高壓反應(yīng)釜的實(shí)驗(yàn)圍壓，通過進(jìn)口控制單元向水合物樣品腔中注入水和天然氣，生成天然氣水合物樣品；

s3、當(dāng)天然氣水合物生成完成后，保持高壓反應(yīng)釜圍壓不變，通過環(huán)境溫度控制單元控制分解溫度，對(duì)天然氣水合物樣品進(jìn)行分解；

s4、通過出口控制單元控制模擬井筒出口壓力，通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量模擬井筒的氣、水、沙產(chǎn)出量；

s5、通過形變測(cè)量單元測(cè)量水合物樣品腔中多孔介質(zhì)的變形量；

s6、分析計(jì)算多孔介質(zhì)的變形量、模擬井筒的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、產(chǎn)沙量，獲取水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的關(guān)系。

所述通過出口控制單元控制模擬井筒出口壓力的方法是：首先將出口控制單元的流固分離器中注滿水并保持流固分離器中壓力與高壓反應(yīng)釜內(nèi)相同，然后打開模擬井筒出口閥門，通過出口壓力控制閥控制模擬井筒出口壓力。

所述通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量模擬井筒的氣、水、沙產(chǎn)出量的方法是：首先通過流固分離器將沙分離，稱量流固分離器中的篩網(wǎng)除砂器的重量變化實(shí)時(shí)計(jì)量沙的產(chǎn)出量，從流固分離器流出的流體再經(jīng)過氣液分離器分離成水和氣，通過電子天平實(shí)時(shí)計(jì)量水的產(chǎn)出量，通過氣體流量計(jì)實(shí)時(shí)計(jì)量氣的產(chǎn)出量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、通過設(shè)置在柔性橡膠套上的一組徑向形變測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔介質(zhì)在其一圓周截面的徑向形變的測(cè)量，通過沿柔性橡膠套軸向設(shè)置多組徑向形變測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔介質(zhì)從上到下的多個(gè)圓周截面的徑向形變的測(cè)量，從而得出多孔介質(zhì)整體徑向形變狀況，采用硬連接桿和柔性橡膠套相結(jié)合的測(cè)量方式，克服了高壓反應(yīng)釜內(nèi)無法測(cè)量多孔介質(zhì)徑向形變的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)測(cè)量方式通過軸向活塞桿移動(dòng)僅能測(cè)量軸向形變，而本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測(cè)量天然氣水合物在開采過程中多孔介質(zhì)的徑向形變，并且柔性外套與硬連接桿連接的測(cè)量方式不會(huì)影響多孔介質(zhì)本身的形變和產(chǎn)沙的過程，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量效果好的優(yōu)點(diǎn)。

2、通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量模擬井筒的氣、水、沙產(chǎn)出量，通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)氣、水、沙產(chǎn)出量以及多孔介質(zhì)徑向形變量進(jìn)行分析，找出它們之間的關(guān)系，為水合物開采技術(shù)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。

3、采用真實(shí)尺寸的模擬井筒，其尺寸大小與實(shí)際井筒一致，能夠更加真實(shí)的模擬天然氣水合物開采過程中可能出現(xiàn)的產(chǎn)沙問題，采用轉(zhuǎn)接頭調(diào)節(jié)射孔的大小，在不更換模擬井筒的情況下，就能實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試，通過在轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置防沙網(wǎng)或死堵，能夠更加真實(shí)的模擬天然氣水合物開采過程氣液固井內(nèi)流動(dòng)問題。

4、通過在模擬井筒內(nèi)設(shè)置傳感器和內(nèi)窺鏡，可直接測(cè)量和觀察模擬井筒內(nèi)產(chǎn)沙情況以及井內(nèi)流動(dòng)情況。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的方框圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的模擬井筒和轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說明：1-上釜蓋；2-釜體；3-下釜蓋；4-柔性橡膠套；5-模擬井筒；6-射孔；7-轉(zhuǎn)接頭；71-防沙網(wǎng)；72-死堵；8-內(nèi)窺鏡顯示屏；9-數(shù)據(jù)處理單元；10-硬連接桿；11-位移傳感器；12-恒溫水?。?3-增壓泵；14-平流泵；15-流固分離器；16-出口壓力控制器；17-氣液分離器；18-電子天平；19-氣體流量計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：

如圖1和圖2所示，一種研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為及多孔介質(zhì)形變的實(shí)驗(yàn)裝置，包括高壓反應(yīng)釜、水合物樣品腔、模擬井筒5、形變測(cè)量單元、環(huán)境溫度控制單元、出口控制單元、進(jìn)口控制單元以及數(shù)據(jù)處理單元9。

所述高壓反應(yīng)釜置于環(huán)境溫度控制單元中，用于提供模擬實(shí)際地質(zhì)條件的圍壓，其包括上釜蓋1、釜體2和下釜蓋3，所述上釜蓋1和下釜蓋3與釜體2可以采用如圖2的螺栓固定方式，也可采用卡箍固定結(jié)構(gòu)，通過橡膠圈密封，使得高壓反應(yīng)釜能夠提供最高25mpa的圍壓。

所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)還設(shè)有柔性橡膠套4，所述柔性橡膠套4、上釜蓋1和下釜3蓋圍成水合物樣品腔，水合物樣品腔內(nèi)部填充有粒徑小于100um多孔介質(zhì)，并在多孔介質(zhì)中生成水合物，所述柔性橡膠套4、釜體2以及上釜蓋1和下釜蓋3之間圍成圍壓腔。本實(shí)施例中，水合物樣品腔為圓柱形，內(nèi)部填充的多孔介質(zhì)優(yōu)選實(shí)際沉積物樣品。在以往的模擬實(shí)驗(yàn)中利用大顆粒組成多孔介質(zhì)(粒徑>100um)，令水合物分解過程中的多孔介質(zhì)骨架無法變化，本發(fā)明的多孔介質(zhì)粒徑小于100um，能夠直觀觀察到由于水合物分解引起的多孔介質(zhì)骨架變化。

如圖2和圖3所示，所述模擬井筒5為側(cè)壁設(shè)有射孔6的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其位于水合物樣品腔內(nèi)，用以模擬水合物開采過程的產(chǎn)沙行為，所述模擬井筒的尺寸5與實(shí)際鉆井井筒的尺寸一致，能夠更加真實(shí)的模擬天然氣水合物開采過程中可能出現(xiàn)的產(chǎn)沙問題。所述模擬井筒5的射孔6上還設(shè)有用于改變射孔6大小的轉(zhuǎn)接頭7，所述轉(zhuǎn)接頭7可拆卸地安裝在射孔6上，轉(zhuǎn)接頭7位于模擬井筒5外部的一端設(shè)置有用于模擬防沙的防沙網(wǎng)71或/和用于模擬堵塞狀態(tài)的死堵72，用以研究水合物出沙及防沙手段，所述模擬井筒5內(nèi)還設(shè)置有傳感器和內(nèi)窺鏡(圖中未示出)，傳感器與數(shù)據(jù)處理單元9連接，內(nèi)窺鏡通過內(nèi)窺鏡顯示屏8與數(shù)據(jù)處理單元9連接，可直接測(cè)量和觀察模擬井筒5內(nèi)產(chǎn)沙情況以及井內(nèi)流動(dòng)情況。

所述形變測(cè)量單元包括至少一組徑向形變測(cè)量單元，該徑向形變測(cè)量單元包括多個(gè)沿柔性橡膠套4徑向均布的硬連接桿10，所述硬連接桿10為不銹鋼桿，其一端與柔性橡膠套4外壁連接，另一端穿出高壓反應(yīng)釜的釜體2外壁，并與位移傳感器11連接，位移傳感器11與數(shù)據(jù)處理單元9電連接，所述位移傳感器11通過測(cè)量硬連接桿10的移動(dòng)以獲取水合物樣品腔中多孔介質(zhì)的徑向變形量。

徑向形變測(cè)量單元能夠?qū)θ嵝韵鹉z套4的一個(gè)圓周截面的徑向形變進(jìn)行測(cè)量，本實(shí)施例的徑向形變測(cè)量單元包括2套硬連接桿10和位移傳感器11，其分別設(shè)置在柔性橡膠套4的左右兩側(cè)，當(dāng)然為了測(cè)量的更加準(zhǔn)確，還可以設(shè)置為4套或更多套。為了對(duì)整個(gè)柔性橡膠套4內(nèi)的多孔介質(zhì)的徑向形變進(jìn)行測(cè)量，本實(shí)施例沿柔性橡膠套4軸向從上往下依次設(shè)置有4組徑向形變測(cè)量單元，從而能夠精確測(cè)量水合物樣品腔中的多孔介質(zhì)整體變形情況。

所述環(huán)境溫度控制單元采用恒溫水浴12，用于精準(zhǔn)控制高壓反應(yīng)釜中的水合物生成過程、分解過程以及取樣過程的溫度。

所述進(jìn)口控制單元通過增壓泵13向水合物樣品腔中注入設(shè)定量的天然氣，通過平流泵14向水合物樣品腔中注入設(shè)定量的水。

所述出口控制單元連接在模擬井筒5出口處，用于控制水合物開采過程中模擬井筒5的出口壓力，并進(jìn)行出口產(chǎn)出物的分離及氣液固數(shù)據(jù)計(jì)量，包括依次連通的流固分離器15、出口壓力控制器16和氣液分離器17，流固分離器15安裝在模擬井筒5的出口處，這樣設(shè)計(jì)目的是防止模擬井筒5產(chǎn)出的沙將出口壓力控制器16堵塞，導(dǎo)致出口壓力無法控制，同時(shí)為防止流固分離器15對(duì)高壓反應(yīng)釜內(nèi)部壓力的影響，流固分離器15在實(shí)驗(yàn)開始前需要填充水達(dá)到與高壓反應(yīng)釜內(nèi)部壓力相同，再將流固分離器15與高壓反應(yīng)釜連通，然后打開模擬井筒出口閥門，通過出口壓力控制閥16控制模擬井筒5出口壓力。

從模擬井筒5出來的產(chǎn)出物首先通過流固分離器15將沙分離，通過稱量流固分離器15中的篩網(wǎng)除砂器的重量變化實(shí)時(shí)計(jì)量沙的產(chǎn)出量，從流固分離器15流出的流體再通過氣液分離器17分離成氣和水，再分別通過電子天平18實(shí)時(shí)計(jì)量水的產(chǎn)出量，通過氣體流量計(jì)19實(shí)時(shí)計(jì)量氣的產(chǎn)出量。

所述高壓反應(yīng)釜、形變測(cè)量單元、環(huán)境溫度控制單元、出口控制單元、進(jìn)口控制單元的感應(yīng)元件均通過信號(hào)線與數(shù)據(jù)處理單元9電連接，該數(shù)據(jù)處理單元9用以采集和處理各感應(yīng)元件的感應(yīng)信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例的一種采用上述研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為及多孔介質(zhì)形變的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

s1、將高壓反應(yīng)釜置于環(huán)境溫度控制單元中，將模擬井筒5置于水合物樣品腔中，在水合物樣品腔內(nèi)填充粒徑小于100um的多孔介質(zhì)；

s2、設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度，設(shè)定高壓反應(yīng)釜的實(shí)驗(yàn)圍壓，通過進(jìn)口控制單元向水合物樣品腔中注入水和天然氣，生成天然氣水合物樣品；

s3、當(dāng)天然氣水合物生成完成后，保持高壓反應(yīng)釜圍壓不變，通過環(huán)境溫度控制單元控制分解溫度，對(duì)天然氣水合物樣品進(jìn)行分解；

s4、通過出口控制單元控制模擬井筒5出口壓力，通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量模擬井筒5的氣、水、沙產(chǎn)出量；

s5、通過形變測(cè)量單元測(cè)量水合物樣品腔中多孔介質(zhì)的變形量；

s6、分析計(jì)算多孔介質(zhì)的變形量、模擬井筒的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、產(chǎn)沙量，獲取水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)形變的關(guān)系。

所述通過出口控制單元控制模擬井筒5出口壓力的方法是：首先將出口控制單元的流固分離器15中注滿水并保持流固分離器15中壓力與高壓反應(yīng)釜內(nèi)相同，然后打開模擬井筒5出口閥門，通過出口壓力控制閥16控制模擬井筒5的出口壓力。

所述通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量氣、水、沙產(chǎn)出量的方法是：首先通過流固分離器15將沙分離，稱量流固分離器15中的篩網(wǎng)除砂器的重量變化實(shí)時(shí)計(jì)量沙的產(chǎn)出量，從流固分離器15流出的流體再經(jīng)過氣液分離器17分離成水和氣，通過電子天平18實(shí)時(shí)計(jì)量水的產(chǎn)出量，通過氣體流量計(jì)19實(shí)時(shí)計(jì)量氣的產(chǎn)出量。

本發(fā)明所提供的研究天然氣水合物開采過程中產(chǎn)沙行為與多孔介質(zhì)徑向形變的實(shí)驗(yàn)裝置，與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

(1)通過設(shè)置在柔性橡膠套上的一組徑向形變測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔介質(zhì)在其一圓周截面的徑向形變的測(cè)量，通過沿柔性橡膠套軸向設(shè)置的多組徑向形變測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔介質(zhì)從上到下的多個(gè)圓周截面的徑向形變的測(cè)量，從而得出多孔介質(zhì)整體徑向形變狀況，采用硬連接桿和柔性橡膠套相結(jié)合的測(cè)量方式，能夠準(zhǔn)確測(cè)量天然氣水合物在開采過程中多孔介質(zhì)的徑向形變，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量效果好的優(yōu)點(diǎn)。

(2)通過出口控制單元實(shí)時(shí)計(jì)量模擬井筒的氣、水、沙產(chǎn)出量，通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)氣、水、沙產(chǎn)出量以及多孔介質(zhì)徑向形變量進(jìn)行分析，找出它們之間的關(guān)系，為水合物開采技術(shù)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。

(3)采用真實(shí)尺寸的模擬井筒，其尺寸大小與實(shí)際井筒一致，能夠更加真實(shí)的模擬天然氣水合物開采過程中可能出現(xiàn)的產(chǎn)沙問題，采用轉(zhuǎn)接頭調(diào)節(jié)射孔的大小，在不更換模擬井筒的情況下，就能實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試，通過在轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置防沙網(wǎng)或死堵，能夠更加真實(shí)的模擬天然氣水合物開采過程氣液固井內(nèi)流動(dòng)問題。

(4)通過在模擬井筒內(nèi)設(shè)置傳感器和內(nèi)窺鏡，可直接測(cè)量和觀察模擬井筒內(nèi)產(chǎn)沙情況以及井內(nèi)流動(dòng)情況。

上述實(shí)施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)質(zhì)所做出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。