[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（公告）號(hào): CN109113717B
• 公開（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）
• 主分類號(hào): E21B47/00
• 分類號(hào): E21B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及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。包括模擬鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)、模擬施加在井口作用載荷的隔水管子系統(tǒng)、水合物井口組合子系統(tǒng)、模擬水合物受熱分解的水合物模擬子系統(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)采集處理及控制子系統(tǒng)；本發(fā)明可以模擬不同水合物藏物性、水合物加熱分解、鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)等條件下對(duì)井口穩(wěn)定性的影響，實(shí)現(xiàn)深水天然氣水合物開采過程中井口力學(xué)穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及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，屬于深水天然氣水合物開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

天然氣水合物，又稱“可燃冰”，在全球分布廣泛，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的非常規(guī)接替能源之一。深水天然氣水合物一般采用降壓、注熱、CO₂置換等開采技術(shù)，深水鉆井作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，天然氣水合物儲(chǔ)層多表現(xiàn)為埋藏淺、弱膠結(jié)、形態(tài)多樣、非成巖等特點(diǎn)，開采作業(yè)過程中水合物受熱易分解導(dǎo)致地層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，海底淺部地層強(qiáng)度降低、海底淺層土下陷，井口作為深水鉆井系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備，其上連防噴器組及隔水管，下接導(dǎo)管，水合物分解易導(dǎo)致井口發(fā)生傾斜或下沉，使井口穩(wěn)定性遭到破壞。

目前，國(guó)內(nèi)外研究多是針對(duì)常規(guī)深水井口力學(xué)穩(wěn)定性開展的計(jì)算機(jī)仿真分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，缺乏針對(duì)水合物開采井口穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，再加上水合物受熱分解過程復(fù)雜、機(jī)理認(rèn)識(shí)不清、開采技術(shù)不成熟，井口穩(wěn)定性依然是水合物開采面臨的主要技術(shù)難題之一。為滿足國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣水合物開采的技術(shù)水平要求，提供一套深水天然氣水合物開采井口穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，對(duì)于揭示深水天然氣水合物開采過程中井口穩(wěn)定性的變化規(guī)律具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種深水天然氣水合物井口穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)裝置，用以解決目前水合物開采技術(shù)不成熟的問題。

本發(fā)明還提供一種利用上述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。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：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，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)、水合物儲(chǔ)層模擬子系統(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)；

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)，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬子系統(tǒng)用于水合物開采過程中鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的模擬；

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)，隔水管子系統(tǒng)用于模擬水合物試采過程中的隔水管系統(tǒng)和施加在井口的作用載荷；

所述井口組合子系統(tǒng)包括井口、導(dǎo)管和篩沙器，防噴器與井口通過螺栓連接，井口下端與導(dǎo)管螺紋連接，篩沙器用于過濾水合物中的泥沙，井口組合子系統(tǒng)放置在水合物模擬子系統(tǒng)中，井口組合系統(tǒng)用于模擬水合物開采過程中的井口和導(dǎo)管，是本發(fā)明裝置監(jiān)測(cè)的主體；

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)加熱棒，加熱棒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)，水合物儲(chǔ)層模擬子系統(tǒng)用于模擬合成的水合物層，并通過加熱水合物層模擬水合物受熱分解過程；

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)。