[發(fā)明專(zhuān)利]評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710112328.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106814166B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張凌;王韌;寧伏龍;孫慧翠;劉天樂(lè);彭力;劉志超;孫嘉鑫;蔣國(guó)盛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 楊曉燕

1.評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置，包括高壓反應(yīng)釜、高低溫恒溫箱，以及氣體控制系統(tǒng)、回壓卸荷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，高壓反應(yīng)釜放置于高低溫恒溫箱中，高壓反應(yīng)釜兩側(cè)安裝有第一透明窗口、第二透明窗口，第一透明窗口、第二透明窗口兩側(cè)墊有密封墊片，第一透明窗口、第二透明窗口及其兩側(cè)密封墊片連接通過(guò)釜體固定螺栓固定于高壓反應(yīng)釜外兩側(cè)，其中第二透明窗口為主要觀察窗口，第一透明窗口為輔助觀察與照明窗口；高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔設(shè)置有中間隔檔與側(cè)邊隔檔，中間隔檔為一圓狀薄金屬塊，高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)壁凹槽上套有一密封圈，該密封圈與高壓反應(yīng)釜內(nèi)壁密封接觸，中間隔檔中心有一圓孔，側(cè)邊隔檔為一薄片狀隔檔，側(cè)邊隔檔通過(guò)隔檔固定螺栓及該圓孔的配合固定于中間隔檔上，側(cè)邊隔檔位于第二透明窗口的一側(cè)設(shè)有流體過(guò)流通道，用于供高壓反應(yīng)釜底部進(jìn)入的氣體通過(guò)，其中模擬環(huán)空循環(huán)通道由高壓反應(yīng)釜下部?jī)?nèi)腔、側(cè)邊隔檔的流體過(guò)流通道與高壓反應(yīng)釜上部?jī)?nèi)腔組成；

高壓反應(yīng)釜頂部設(shè)置有一個(gè)上進(jìn)氣口和出氣孔，高壓反應(yīng)釜底部設(shè)置有一個(gè)下進(jìn)氣口，上進(jìn)氣口、下進(jìn)氣口分別通過(guò)高壓管路與氣體控制系統(tǒng)相連，出氣孔通過(guò)排氣管路與回壓卸荷系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集信號(hào)線(xiàn)以及計(jì)算機(jī)，溫度傳感器安裝于高壓反應(yīng)釜下部，壓力傳感器安裝于高壓反應(yīng)釜頂部排氣口處，溫度傳感器、壓力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集信號(hào)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)相連；

所述氣體控制系統(tǒng)包括氣源、緩沖罐、調(diào)壓閥、第一壓力表、第二壓力表、第一針閥、第二針閥、第三針閥、第四針閥以及高壓管路，其中氣源通過(guò)高壓管路依次經(jīng)過(guò)第一壓力表與第一針閥接入緩沖罐，緩沖罐再通過(guò)高壓管路依次經(jīng)過(guò)第二壓力表、第二針閥、調(diào)壓閥，分別通過(guò)第三針閥接入高壓反應(yīng)釜底部的下進(jìn)氣口，通過(guò)第四針閥接入高壓反應(yīng)釜頂部的上進(jìn)氣口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述回壓卸荷系統(tǒng)包括與高壓反應(yīng)釜頂部的出氣孔相連的排氣管路、閥門(mén)以及回壓閥，閥門(mén)以及回壓閥設(shè)置在排氣管路上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高壓反應(yīng)釜主要包括反應(yīng)釜體、反應(yīng)釜上端蓋、反應(yīng)釜下端蓋、第一透明窗口、第二透明窗口、透明窗口端蓋、內(nèi)腔的中間隔檔以及側(cè)邊隔檔，其中反應(yīng)釜上下端蓋均通過(guò)密封圈與螺紋分別實(shí)現(xiàn)和反應(yīng)釜體頂部與底部的密封連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高壓反應(yīng)釜下部側(cè)壁設(shè)有一小孔，溫度傳感器插入該小孔中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高低溫恒溫箱兩側(cè)的第一透明窗口、第二透明窗口安裝在兩側(cè)的可開(kāi)式側(cè)門(mén)上。

6.一種通過(guò)上述權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將鉆井液和所需氣體送入高壓反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力和溫度至設(shè)定值以模擬地層條件，并維持一段時(shí)間；

（2）通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓閥控制由高壓反應(yīng)釜底部進(jìn)入釜內(nèi)氣體的鼓泡速度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣泡上升受阻的模擬，通過(guò)高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔中間隔檔與更換具有不同流體過(guò)流通道面積與形狀的高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔實(shí)現(xiàn)；

（3）實(shí)時(shí)采集高壓反應(yīng)釜內(nèi)部溫度和壓力數(shù)據(jù)，并且考慮高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔不同流體過(guò)流通道面積與形狀的情況，通過(guò)溫度、壓力以及高壓反應(yīng)釜一側(cè)第二透明窗口處氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時(shí)間的變化情況來(lái)模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評(píng)價(jià)模擬環(huán)空循環(huán)通道對(duì)水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)深水鉆井中水合物形成與聚集行為的方法，其特征在于，所述步驟（3）中模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評(píng)價(jià)模擬環(huán)空循環(huán)通道對(duì)水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力，該過(guò)程的具體步驟如下：

a.實(shí)驗(yàn)裝置的安裝和氣密性檢測(cè)：關(guān)閉回壓卸荷系統(tǒng)上的閥門(mén)，打開(kāi)氣源向高壓反應(yīng)釜內(nèi)通入所需氣體增壓至10MPa后，保壓觀察10小時(shí)，檢查所有針閥、閥門(mén)、氣體管路和高壓反應(yīng)釜的氣密性，檢查實(shí)驗(yàn)裝置有無(wú)泄露；

b.管路與高壓反應(yīng)釜的吹掃：檢查實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)泄露后，在高壓反應(yīng)釜內(nèi)裝入0.5L鉆井液；打開(kāi)回壓卸荷系統(tǒng)的閥門(mén)與氣體控制系統(tǒng)的第一針閥、第二針閥、第三針閥以及第四針閥，隨后打開(kāi)氣源利用甲烷氣體吹掃管路與高壓反應(yīng)釜，確保高壓反應(yīng)釜及連接管路內(nèi)沒(méi)有其它氣體；

c.實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的準(zhǔn)備：?jiǎn)?dòng)高低溫恒溫箱并設(shè)定降溫溫度，開(kāi)始降溫；待溫度降至模擬地層條件的設(shè)定溫度并保持平衡后，打開(kāi)計(jì)算機(jī)，通過(guò)壓力傳感器溫度傳感器監(jiān)測(cè)記錄高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力；關(guān)閉第三針閥，打開(kāi)氣源以及第一針閥、第二針閥、第四針閥，由上進(jìn)氣口向高壓反應(yīng)釜內(nèi)通入氣體，使高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到一定值，然后關(guān)閉氣源及第一針閥、第二針閥、第四針閥；

d.完成上述工作后，打開(kāi)氣源使供氣壓力達(dá)到一定值后打開(kāi)第一針閥，氣體進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行降溫；關(guān)閉第三針閥，打開(kāi)第二針閥、第四針閥以及回壓卸荷系統(tǒng)中的閥門(mén)并調(diào)節(jié)回壓閥配合氣源控制高壓反應(yīng)釜內(nèi)部壓力；調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，關(guān)閉第四針閥，打開(kāi)第三針閥，此時(shí)緩沖罐中的氣體依次經(jīng)過(guò)第二針閥、調(diào)壓閥以及第三針閥，由高壓反應(yīng)釜底部的下進(jìn)氣口進(jìn)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)鉆井液中，氣體鼓泡速度通過(guò)調(diào)壓閥加以控制；

e.通過(guò)高壓反應(yīng)釜一側(cè)的第二透明窗口，首先觀察氣泡通過(guò)高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔過(guò)流通道的情況；其次隨著時(shí)間推移，觀察高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔上方鉆井液與氣體界面處水合物形成情況；最后進(jìn)行氣泡聚集及后續(xù)抑制水合物形成的觀測(cè)：觀察氣泡在中間隔檔以及側(cè)邊隔檔下方聚集以及后續(xù)此處水合物的形成情況，針對(duì)不同溫度、壓力以及側(cè)邊隔檔過(guò)流面積條件，模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評(píng)價(jià)模擬環(huán)空循環(huán)通道對(duì)水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。