[發明專利]一種可視化天然氣水合物模擬試驗裝置及方法

無效

• 申請號: 201310692731.2
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103645285A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 周建良;向興金;蔣世全;許亮斌;羅洪斌;舒福昌;石磊;田波;江引余;周定照;李迅科;武治強
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;長江大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N11/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種模擬試驗裝置及方法，具體涉及一種可視化天然氣水合物模擬試驗裝置及方法。

背景技術

海洋深水鉆井作業環境惡劣，操作條件復雜，其中之一便是鉆井液中容易形成天然氣水合物。天然氣水合物的存在對鉆井安全和完井效率有嚴重威脅，其不僅可能堵塞環空通道、BOP（防噴器）和凡爾/壓井管線，妨礙油井的壓力監控，限制鉆柱活動，造成鉆井事故。同時，天然氣水合物的形成會消耗鉆井液中的水，使重金屬沉降，使鉆井液粘度增大，性能下降。此外，天然氣水合物返到地面時也會造成危險，甚至威脅作業人員的生命安全，因為1m3的氣體水合物會產生170m3的氣體，它們沖出井口時可能會造成爆炸和火災。

為了預防和消除氣體水合物的危害，需要對氣體水合物的性能進行全方面研究，包括氣體水合物的理化性能、水合物的生成和分解條件等。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能清晰觀察天然氣水合物的生成及分解，并能通過監控反應釜內溫度和壓力的變化預測水合物生成條件的可視化天然氣水合物模擬試驗裝置。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種可視化天然氣水合物模擬試驗裝置，其特征在于，該裝置包括：一高低溫試驗箱，一設置在所述高低溫試驗箱內的高壓反應釜，一與所述高壓反應釜的進料口相連的進料系統，一與所述高壓反應釜的進氣口相連的氣體增壓系統，一與所述高壓反應釜的出氣口相連的分離系統，一設置在所述高壓反應釜上端的成像系統，一設置在所述高壓反應釜內的磁力攪拌系統，以及一用來監測所述高溫反應釜內的溫度和壓力及監測所述高溫反應釜的進氣口和出氣口處流量的數據采集與處理系統。

在一個優選的實施例中，所述進料系統主要由高壓氮氣瓶、鉆井液儲罐、調壓閥及氣驅液入口閥組成；所述高壓氮氣瓶與所述鉆井液儲罐的一端相連，中間設置有所述調壓閥；所述鉆井液儲罐的另一端與所述高壓反應釜的進料口相連，中間設置有所述氣驅液入口閥。

在一個優選的實施例中，所述氣體增壓系統主要由甲烷/天然氣氣瓶、氣體增壓泵、高壓緩沖罐、壓力監測表及氣體入口閥組成；所述甲烷/天然氣氣瓶與所述氣體增壓泵的進氣端相連，中間設置有所述壓力監測表；所述氣體增壓泵的出氣端與所述高壓緩沖罐的進氣端相連，所述高壓緩沖罐的出氣端與所述高壓反應釜的進氣口相連，中間設置有所述壓力監測表和氣體入口閥。

在一個優選的實施例中，所述高壓反應釜包括一頂部敞口、底部封閉的反應釜筒體，所述反應釜筒體的側壁上設置有與其內部腔體相連通的進料口、進氣口、出料口和出氣口；所述反應釜筒體的底部開設有一通孔，該通孔的下方設置一下部密封蓋，所述磁力攪拌系統的攪拌頭穿過所述下部密封蓋后由該通孔穿入所述反應釜筒體內部，并通過所述下部密封蓋實現所述反應釜筒體底部的密封，所述磁力攪拌系統的驅動部分則固定在所述高低溫試驗箱的底部；所述反應釜筒體的頂部設置一中空的上部密封蓋，所述上部密封蓋內沿軸向密封連接一上部視窗，所述成像系統設置在所述上部密封蓋的上方；所述反應釜筒體的出料口處設置有一液體出口閥。

在一個優選的實施例中，所述反應釜筒體的側壁上設置有條形視窗，且所述條形視窗外側設置有冷光源；所述上部密封蓋采用螺口式快開結構。

在一個優選的實施例中，所述分離系統包括一分離器和氣體出口閥，所述分離器的進氣端與所述高壓反應釜的出氣口相連，中間設置有所述氣體出口閥。

在一個優選的實施例中，所述數據采集與處理系統包括設置在所述高壓反應釜內溫度傳感器和壓力傳感器，設置在所述甲烷/天然氣氣瓶與所述氣體增壓泵之間的流量控制器，設置在所述分離器的出氣端處的流量計，以及與所述成像系統、溫度傳感器、壓力傳感器、流量控制器和流量計電連接的計算機。

在一個優選的實施例中，所述高低溫試驗箱內的溫度能在-40-50℃之間任意調節。

一種采用上述裝置進行的可視化天然氣水合物模擬試驗方法，其包括以下步驟：

1）操作前現將鉆井液調配好，打開鉆井液儲罐上部堵頭將液體倒入容器中，并將堵頭密封好；

2）開啟計算機，打開到數據采集頁并編制編號，開始記錄數據；

3）打開高壓氮氣瓶閥門并將調壓閥調到1.2MPa左右，然后打開氣驅液入口閥將液體慢慢注入高壓反應釜內，并根據液體的稀稠度來調節壓力，一般在0.5～1MPa之間；當注入液體體積接近高壓反應釜一半容積時，關閉氣驅液入口閥，同時關閉調壓閥和高壓氮氣瓶閥門；