[發明專利]海洋天然氣水合物的分離計量實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010743917.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN114062640A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 何愛國;董勝偉;董京楠;班凡生;王子健;魏納
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01D21/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯;吳學鋒

本發明公開了一種海洋天然氣水合物的分離計量實驗裝置及方法，裝置包括：樣品實驗釜，用于盛放海洋天然氣水合物樣品，樣品實驗釜頂部設置第一釜口，其底部設置第二釜口；加熱裝置套設在樣品實驗釜外部，用于對海洋天然氣水合物樣品進行加熱；氣體流量計用于測量第一釜口處氣體流量數據；液體計量泵用于測量第二釜口處液體流量數據；溫度傳感器和壓力傳感器用于測量樣品實驗釜內部的溫度和壓力數據；控制設備包括控制柜和PC端，控制柜用于控制加熱裝置處于開啟狀態或關閉狀態，PC端用于記錄氣體流量數據，液體流量數據，溫度數據和壓力數據。本發明可以模擬水合物顆粒在非穩定狀態下礦體結構變化，掌握鉆井液流變性和井筒流動參數變化。

技術領域

本發明涉及海洋天然氣水合物鉆采技術領域，尤其涉及海洋天然氣水合物的分離計量實驗裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物資源量極為豐富，主要分布在陸地永久凍土帶和陸緣外圍的海底沉積物中，其中海洋天然氣水合物資源量約為陸地凍土帶的100倍以上。海底淺表層的天然氣水合物由于處于海底原始溫度、壓力環境下，保持較為穩定的狀態。然而，隨著海洋油氣鉆采技術的發展，世界上已經實施的水合物試采均在成巖水合物礦體中進行，且當破碎的水合物顆粒進入井筒中時，隨著壓力、溫度發生改變進而影響水合物顆粒的穩定狀態，對鉆采施工安全造成最大威脅。另一方面，水合物層鉆屑顆粒與常規海洋鉆井過程中的巖屑顆粒不同，其在環空隨鉆井液上返過程中會由于井筒溫度、壓力的變化而發生分解，水合物鉆屑顆粒的分解吸熱作用會進一步影響水合物礦體結構的變化，整個井筒內的氣液兩相會因此改變，進而會影響鉆井液流變性和井筒流動參數的變化以及海洋鉆井安全施工。因此，有必要對非穩定狀態下的天然氣水合物進行研究。

目前，現有研究對象主要針對天然氣水合物生成物理模擬實驗系統和固態流化采掘機，難以模擬水合物顆粒在非穩定狀態下的礦體結構變化，無法掌握鉆井液流變性和井筒流動參數的變化，使得后期海洋天然氣水合物鉆采存在安全隱患。

發明內容

本發明實施例提供一種海洋天然氣水合物的分離計量實驗裝置，用以模擬水合物顆粒在非穩定狀態下的礦體結構變化，測量海洋天然氣水合物在非穩定狀態下的組分含量，掌握鉆井液流變性和井筒流動參數的變化，為后期海洋天然氣水合物鉆采提供理論和實驗基礎，該裝置包括：

樣品實驗釜，用于盛放海洋天然氣水合物樣品，所述樣品實驗釜的頂部設置第一釜口，樣品實驗釜的底部設置第二釜口；

加熱裝置，套設在所述樣品實驗釜外部，用于對樣品實驗釜中盛放的海洋天然氣水合物樣品進行加熱；

氣體流量計，與所述樣品實驗釜的第一釜口連接，用于測量所述樣品實驗釜內海洋天然氣水合物樣品分解在第一釜口處的氣體流量數據；

液體計量泵，與所述樣品實驗釜的第二釜口連接，用于測量所述樣品實驗釜內海洋天然氣水合物樣品分解在第二釜口處的液體流量數據；

溫度傳感器，設置在樣品實驗釜中，用于測量所述樣品實驗釜內部的溫度數據；

壓力傳感器，設置在樣品實驗釜中，用于測量所述樣品實驗釜內部的壓力數據；

控制設備，包括控制柜和PC端，控制柜與所述加熱裝置連接，用于控制所述加熱裝置處于開啟狀態或關閉狀態，PC端與所述氣體流量計，液體計量泵，溫度傳感器和壓力傳感器連接，用于記錄所述第一釜口處的氣體流量數據，第二釜口處的液體流量數據，所述樣品實驗釜內部的溫度數據和壓力數據。

本發明實施例提供一種海洋天然氣水合物的計量方法，用以模擬水合物顆粒在非穩定狀態下的礦體結構變化，測量海洋天然氣水合物在非穩定狀態下的組分含量，掌握鉆井液流變性和井筒流動參數的變化，為后期海洋天然氣水合物鉆采提供理論和實驗基礎，該方法包括：

獲取海洋天然氣水合物樣品，并放入樣品實驗釜中；

控制柜將所述加熱裝置設置為開啟狀態，加熱裝置對樣品實驗釜中的海洋天然氣水合物樣品進行加熱；