[發明專利]測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011035591.8
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN111997601B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 魏納;張盛輝;趙金洲;喻熙崇;張烈輝;李海濤;付強;張緒超
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/00;E21B43/01
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明涉及測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置及方法。該裝置由套管14、鉆桿13、鉆頭28、電機6、箱體26、第一增氧泵2、巖屑收集器31、水泵19、儲水罐18、第二增氧泵21、三相分離器9、壓力傳感器4、計算機1組成。該方法包括：電機帶動鉆桿和鉆頭旋轉，儲水罐的水與第二增氧泵產生的氣體進入箱體；第一增氧泵產生的氣體通過加氣口進入套管；打開巖屑收集器出口的開度分別為全開的1/8、3/8、5/8、7/8，巖屑和尼龍顆粒隨著水進入箱體，然后從環空上返，混合物流出并進入三相分離器；繪制巖屑收集器出口的不同開度與套管內壁被沖蝕深度的關系曲線。本發明原理可靠，操作簡便，為天然氣水合物藏的高效和安全鉆采提供理論依據和技術指導。

技術領域

本發明屬于天然氣水合物開采領域，具體涉及一種測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置及方法。

背景技術

近年來水合物的勘探開發獲得了重大突破，在多年凍土和深海底部都發現了水合物的存在，天然氣水合物作為清潔能源之一，受到了越來越廣泛的關注。海洋天然氣水合物鉆水平井過程涉及許多技術難題，其中就包括鉆井過程中的設備安全問題，在鉆水平井過程所產生的水合物顆粒和巖屑隨鉆井液從環空往上返出的過程中會沖蝕井筒，嚴重時會使套管和鉆桿發生穿刺，造成井漏等一系列事故，進而影響鉆井周期，并對鉆井人員造成危險，在垂直段井筒內水合物分解量大，氣體含量大，固相含量高時，對鉆桿和套管的沖蝕更嚴重，最終導致套管破裂，鉆桿發生腐蝕。因此，對于天然氣水合物鉆井過程中井筒內的沖蝕機理的研究非常重要。目前亟需能夠測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置及方法，對鉆井過程中井筒內沖蝕規律進行研究，為天然氣水合物藏的高效和安全鉆采提供理論依據和技術指導，從而為現場防沖蝕工程提供重要保障。

發明內容

本發明的目的在于提供測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置，該裝置原理可靠，操作簡便，用于測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井過程中對套管沖蝕的影響，模擬效果好，數據真實有效。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的方法，為研究不同巖屑含量對天然氣水合物鉆井過程中套管沖蝕的影響變化規律，提供重要的基礎數據和理論指導。

為實現以上技術目的，本發明采用以下技術方案。

測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的裝置，由套管、鉆桿、鉆頭、電機、箱體、第一增氧泵、巖屑收集器、液體流量計、水泵、儲水罐、氣體流量計、第二增氧泵、三相分離器、壓力傳感器、計算機組成。

所述套管內有鉆桿，鉆桿連接鉆頭，套管頂端通過可拆卸接頭固定鉆桿，底端通過螺栓固定箱體，鉆桿穿過可拆卸接頭連接電機，鉆頭位于箱體內，套管和鉆桿之間的環形空間與箱體連通；所述套管側端設有多個加氣口，加氣口連接第一增氧泵，每個加氣口設有閘閥和氣體流量計；所述箱體通過兩端的進口既連接巖屑收集器、液體流量計、水泵、儲水罐，還連接氣體流量計、第二增氧泵，巖屑收集器設有巖屑加入口、尼龍加入口和攪拌混合器；所述套管通過上端的混合物出口連接三相分離器，三相分離器連接儲水罐，三相分離器頂部有排氣口，底部通過電加熱干燥器分別連接尼龍收集桶、巖屑收集桶；所述套管上下兩端設置壓力傳感器，壓力傳感器連接計算機。

所述套管外徑177.8mm,長度2.5m，為碳鋼材質，與現場實際采用的材質相同。

所述鉆桿外徑127mm，長度2.8m。

利用上述裝置測量巖屑含量對天然氣水合物鉆井沖蝕影響的方法，依次包括以下步驟：

步驟一，打開儲水罐、水泵和第二增氧泵，開啟電機帶動鉆桿和鉆頭旋轉，儲水罐的水通過水泵加壓后與第二增氧泵產生的氣體進入箱體；打開第一增氧泵，第一增氧泵產生的氣體通過加氣口進入套管；