[發明專利]一種用于對天然氣水合物鉆井液進行多相分離的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201611186004.9
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106761498B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 李小森;張郁;王屹;李剛;黃寧生;陳朝陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: E21B21/06
• 分類號: E21B21/06
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

本發明公開了一種用于對天然氣水合物鉆井液進行多相分離的實驗裝置，包括固相分離器、注液模塊、注氣模塊和氣液分離器，所述固相分離器包括第一過濾裝置和第二過濾裝置，所述注氣模塊向固相分離器注入氣體，所述注液模塊向固相分離器注入液體，所述氣液分離器通過壓力控制閥與固相分離器連通。本發明還公開了一種采用上述實驗裝置進行實驗的方法。本發明的實驗裝置及方法通過注液模塊和注氣模塊相結合，使得固相分離器始終處于氣液混合的高壓狀態，從而實現在高壓下對天然氣水合物鉆井液進行多相分離的同時，避免鉆井液在分離過程中生成新的水合物；通過固相分離器中的雙過濾裝置，能夠有效去除鉆井液中的固體顆粒，防止設備出現堵塞。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物多相分離技術領域，具體涉及一種用于對天然氣水合物鉆井液多相分離計量的系統及方法。

背景技術

天然氣水合物俗稱“可燃冰”，在自然界廣泛分布于大陸永久凍土區、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起帶和一些內陸湖的深水環境。由于天然氣水合物形成與賦存條件的特殊性，迄今為止除了海底鉆探和海底沉積物取樣作業獲得少量天然氣水合物樣品外，全球絕大多數天然氣水合物的分布是通過物探調查獲得的證據間接確認的。雖然人們對天然氣水合物的賦存、分布和特征的理解取得了巨大的進步，但是為了進一步加強水合物在能源資源、地質災害和對氣候變化的影響方面的認識，還需要進行更多的科學鉆探和井孔測試，但是在這之前還需要解決一系列重要的科學性問題和技術性挑戰。

天然氣水合物的形成和穩定需要非常特殊的高壓低溫環境，在進行天然氣水合物鉆井過程中，鉆頭切削巖石的過程、井底鉆具與井壁和巖心的摩擦會產生大量的熱能，以及井壁和井底附近地層應力釋放，這些都會造成天然氣水合物分解產生氣體和分解水，大大降低沉積物的地質力學穩定性。由于天然氣水合物礦藏特別是海域的天然氣水合物通常賦存于相對較淺的深度，相對于傳統油氣藏，在天然氣水合物的鉆采過程中更容易出現氣滲出、氣泄漏和套管坍塌等風險。

針對天然氣水合物礦藏鉆井過程中可預見的風險，需要對各類性質天然氣水合物鉆井過程有關的全部地質災害產生機理與控制方法展開研究。國際上展開的有限的幾次水合物試采中，均對鉆井過程可能引起的地質變化與危害作為重點研究內容。例如，成立于2001年的墨西哥灣天然氣水合物聯合產業項目，部分研究任務就是在水合物沉積層鉆井所帶來的有關危害。然而，由于現場試驗耗資巨大，成本高昂，且只適合于已發現天然氣水合物實物樣品的國家。因而通過在實驗室建立實驗模擬儀器及設備，模擬自然界天然氣水合物成藏環境，并研究鉆井過程的規律和影響機制是降低鉆采風險的有效途徑與必要手段。由于實驗模擬研究成本較低，且是其它研究的基礎，因此，天然氣水合物鉆井實驗模擬研究就成為當前天然氣水合物鉆井技術研究最為可行的研究方法。

在實驗室模擬過程中，在向模擬地層鉆井眼時，通常鉆井液沿空心鉆柱向下泵送到鉆頭，鉆井液用于從鉆進的井下位置向外傳送由鉆井過程產生的固體顆粒物。與傳統鉆井不同，天然氣水合物鉆井過程返回的鉆井液混合物會攜帶大量氣體與未分解的水合物。為了準確的了解井下鉆井過程，需要對鉆井液的氣體攜帶量與產水量進行實時的測量。由于水合物地層模擬過程中，需要保持高壓低溫狀態，這就需要在高壓下對鉆井液混合物進行多相分離，以便測定。同時還要保證防止分離過程中氣體與液體發生反應形成新的水合物，避免導致設備的堵塞與測量的不準確。

因此，需要提供一種設備對高壓高流速的天然氣水合物鉆井液進行分離，確保鉆井過程產生的干研磨性小顆粒從鉆井液中分離，并對其攜帶的氣體與液體實時分離計量。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種天然氣水合物鉆井液多相分離系統，適用于從天然氣水合物鉆井液中除去固體并可以實時對產氣與產水量進行計量，為準確了解水合物井下鉆井過程提供實驗數據及理論依據。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種用于對天然氣水合物鉆井液進行多相分離的實驗裝置，包括固相分離器、注液模塊、注氣模塊和氣液分離器，其中：