[發(fā)明專利]一種深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811135589.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109113717B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國(guó)明;朱敬宇;劉康;陳國(guó)星;孫樹(shù)峰;胡東旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類(lèi)號(hào): E21B47/00
• 分類(lèi)號(hào): E21B47/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)裝置，包括平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)、隔水管子系統(tǒng)、井口組合子系統(tǒng)、水合物模擬子系統(tǒng)以及用于對(duì)上述子系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)；其特征在于：

所述平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、導(dǎo)軌、滑塊和張緊器，伺服電機(jī)固定在導(dǎo)軌的一端，滑塊與導(dǎo)軌之間滑動(dòng)連接，滑塊下端連接張緊器，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)底端連接隔水管子系統(tǒng)；

所述隔水管子系統(tǒng)包括三分力儀、上部撓性接頭、夾具、隔水管、下部撓性接頭和防噴器，三分力儀上端連接張緊器，三分力儀下端與上部撓性接頭連接，上部撓性接頭連接夾具，夾具與隔水管螺栓緊固連接，隔水管底端與防噴器通過(guò)下部撓性接頭連接，隔水管子系統(tǒng)下端連接井口組合子系統(tǒng)；

所述井口組合子系統(tǒng)包括導(dǎo)管和篩沙器，防噴器與井口通過(guò)螺栓連接，井口下端與導(dǎo)管螺紋連接，篩沙器用于過(guò)濾水合物中的泥沙，井口下端與導(dǎo)管螺紋連接，井口組合子系統(tǒng)放置在水合物模擬子系統(tǒng)中；

所述水合物模擬子系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)土箱、土壤、水合物層、循環(huán)制冷機(jī)、加熱器，實(shí)驗(yàn)土箱為長(zhǎng)方體無(wú)蓋容器，實(shí)驗(yàn)土箱底部放置土壤，實(shí)驗(yàn)土箱中部放置模擬水合物層，水合物層的上部均布溫度傳感器，水合物層的底部布設(shè)加熱線圈，加熱線圈與加熱器連接由加熱器進(jìn)行控制，水合物層的上部放置土壤，導(dǎo)管埋在實(shí)驗(yàn)土箱中的上部土壤中，循環(huán)制冷機(jī)和加熱器放置在實(shí)驗(yàn)土箱的外側(cè)；

所述的數(shù)據(jù)采集處理及控制子系統(tǒng)分別與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)、隔水管子系統(tǒng)、井口組合子系統(tǒng)、水合物模擬子系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集處理及控制子系統(tǒng)包括拉線位移傳感器、動(dòng)態(tài)傾角儀、光纖光柵應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、循環(huán)制冷機(jī)和信號(hào)采集處理系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)用于水合物開(kāi)采過(guò)程中鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的模擬，其中滑塊套在水平導(dǎo)軌上，滑塊與導(dǎo)軌之間滑動(dòng)連接，滑塊由伺服電機(jī)進(jìn)行控制，伺服電機(jī)固定在水平導(dǎo)軌上，伺服電機(jī)可精確控制滑塊的速度和位置精度，滑塊的下端安裝張緊器，張緊器可以改變作用在隔水管上的張緊力，準(zhǔn)確的模擬鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述水合物模擬子系統(tǒng)用于模擬合成的水合物層，并通過(guò)加熱水合物層模擬水合物受熱分解過(guò)程，填入實(shí)驗(yàn)土箱中的土壤是根據(jù)目標(biāo)水合物海底淺層土樣的粒徑、密度、成分等制備，保證實(shí)驗(yàn)土樣類(lèi)型與原狀土接近，水合物層采用與天然氣水合物具有相似的熱物理性質(zhì)的四氫呋喃和水來(lái)制備，水合物層的底部布設(shè)加熱線圈由加熱器控制，實(shí)驗(yàn)土箱與循環(huán)制冷機(jī)連接，通過(guò)循環(huán)制冷降低土箱的溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)控制鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、水合物層的溫度變化，同時(shí)對(duì)井口穩(wěn)定變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。加熱器通過(guò)控制加熱線圈模擬水合物分解過(guò)程；防噴器的上端安裝動(dòng)態(tài)傾角儀，動(dòng)態(tài)傾角儀應(yīng)用慣導(dǎo)技術(shù)精確的監(jiān)測(cè)井口的動(dòng)態(tài)橫滾角，實(shí)現(xiàn)井口傾斜角度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防噴器的周向安裝兩個(gè)垂直拉線位移傳感器，監(jiān)測(cè)水平方向井口的水平位移，防噴器的上端安裝一個(gè)拉線位移傳感器，監(jiān)測(cè)井口的下沉量；光纖光柵應(yīng)變傳感器沿管長(zhǎng)方向布置在導(dǎo)管和井口外壁，利用光纖光柵應(yīng)變傳感器固有的應(yīng)變敏感特性監(jiān)測(cè)導(dǎo)管和井口的微位移和應(yīng)變，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井口的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。

5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括步驟如下：

第一步：根據(jù)深水天然氣水合物海底淺層土樣模擬制作土壤，利用四氫呋喃模擬制作天然氣水合物層；

第二步：將光纖光柵應(yīng)變傳感器沿管長(zhǎng)方向布設(shè)在井口和導(dǎo)管外壁，將拉線位移傳感器和動(dòng)態(tài)傾角儀分別安裝在防噴器上；

第三步：將配制的海底淺層土壤填入實(shí)驗(yàn)土箱底層，同時(shí)將加熱線圈布置在水合物層的底端，同時(shí)在填入水合物層布置溫度傳感器；

第四步：鋪設(shè)實(shí)驗(yàn)土箱的上部土壤，將篩沙器安裝在導(dǎo)管端部，并將布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器的井口和導(dǎo)管埋入上部土壤；

第五步：將滑塊沿著水平導(dǎo)軌移動(dòng)至井口的正上方，在滑塊上安裝張緊器，張緊器的底端連接三分力儀，三分力儀與固定夾具通過(guò)上部撓性接頭連接，夾具與隔水管螺栓緊固連接；

第六步：調(diào)節(jié)水平導(dǎo)軌的高度并固定位置，通過(guò)下部撓性接頭將隔水管下端與防噴器上端連接；

第七步：控制循環(huán)制冷機(jī)，將水合物層的溫度降低至-10℃完全形成水合物沉積物；控制加熱器的功率逐漸增加水合物層的溫度，改變張緊器的張力和滑塊的水平位移模擬鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)；監(jiān)測(cè)不同溫度下井口的傾斜角、水平位移和下沉量；

第八步：將采集的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。