[發(fā)明專利]一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011054848.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112127820A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏納;張緒超;趙金洲;張烈輝;呂鑫;李海濤;龐維新;裴俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司;中海油研究總院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): E21B21/08
• 分類號(hào): E21B21/08;E21B21/06;E21B43/01;E21B49/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明涉及一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置及方法。該裝置由電機(jī)22、減速器21、模擬套管23、模擬鉆桿24、巖屑儲(chǔ)集室16、液體流量計(jì)1、水泵3、貯水槽4、液固兩相分離器9、壓力傳感器14、計(jì)算機(jī)15組成。該方法包括：電機(jī)帶動(dòng)模擬鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)；水從貯水槽中流出，通過進(jìn)水口進(jìn)入模擬套管和模擬鉆桿之間的環(huán)空；向巖屑儲(chǔ)集室加入相同質(zhì)量、不同粒徑的尼龍顆粒和巖屑顆粒，混合均勻后進(jìn)入環(huán)空并與水一起流向混合物出口；通過控制柜調(diào)節(jié)水泵排量，改變環(huán)空內(nèi)的流體流速，通過壓力傳感器讀取壓降數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)并記錄。本發(fā)明通過測(cè)量、分析固相顆粒粒徑、流速與壓力損失之間的關(guān)系，指導(dǎo)天然氣水合物鉆井過程的管輸流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然氣水合物鉆井領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

全球天然氣水合物資源量巨大，然而80%的海洋天然氣水合物主要儲(chǔ)存在深海淺層、弱膠結(jié)的泥巖中，因此深海淺層天然氣水合物固態(tài)流化開采的概念被提出。在鉆水平井的過程中，由于鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)將使鉆頭剛剛破碎下來的巖屑發(fā)生第二次破碎；當(dāng)鉆桿遇到天然氣水合物時(shí)，天然氣水合物固體也會(huì)由于鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)作用發(fā)生破碎，使得天然氣水合物固體和巖屑顆粒一起隨鉆井液在水平段內(nèi)流動(dòng)。在此過程中，沿線壓力損失過大會(huì)造成天然氣水合物無序分解，引發(fā)地質(zhì)滑塌等安全問題。因此，井筒環(huán)空輸送天然氣水合物的安全性是一個(gè)重要的問題。目前亟需一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置及方法，對(duì)天然氣水合物鉆井過程中環(huán)空內(nèi)的壓力損失進(jìn)行測(cè)量，從而分析固相顆粒粒徑、流速等與壓力損失之間的關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程管輸流動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置，該裝置原理可靠，操作簡(jiǎn)便，通過得到天然氣水合物鉆井水平段在不同固相顆粒粒徑和流速下的管輸壓力損失，研究實(shí)際鉆井過程中天然氣水合物固體顆粒和巖屑顆粒粒徑對(duì)管輸壓力的影響情況。

本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述裝置測(cè)量天然氣水合物管輸壓力損失的方法，通過在總體積相同、固相顆粒粒徑不同、流速不同條件下，對(duì)環(huán)空內(nèi)的壓力損失進(jìn)行測(cè)量，分析、研究固相顆粒粒徑、流速與壓力損失之間的關(guān)系，指導(dǎo)天然氣水合物鉆井過程的管輸流動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種天然氣水合物管輸壓力損失的測(cè)量裝置，主要由電機(jī)、減速器、模擬套管、模擬鉆桿、巖屑儲(chǔ)集室、液體流量計(jì)、水泵、貯水槽、液固兩相分離器、壓力傳感器、計(jì)算機(jī)組成，所述模擬套管內(nèi)有模擬鉆桿，模擬套管和模擬鉆桿之間左端設(shè)有接頭、右端設(shè)有軸承；模擬鉆桿連接電機(jī)、減速器；模擬套管的左端既連接巖屑儲(chǔ)集室，還通過進(jìn)水口連接液體流量計(jì)、水泵、貯水槽，巖屑儲(chǔ)集室外接巖屑漏斗、尼龍漏斗，內(nèi)有攪拌器；模擬套管的右端通過混合物出口連接液固兩相分離器，液固兩相分離器連接貯水槽；模擬套管的兩端連接壓力傳感器，壓力傳感器連接計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，所述水泵連接控制柜，是指液體經(jīng)進(jìn)水口、模擬套管和模擬鉆桿之間的環(huán)形空間、混合物出口構(gòu)成循環(huán)管路，通過控制柜調(diào)節(jié)管路流速，達(dá)到模擬不同流速的效果。

進(jìn)一步的，所述模擬套管管長(zhǎng)15m，管道直徑165mm，采用透明亞克力玻璃制成，承壓2MPa。

進(jìn)一步的，所述混合物出口直徑為進(jìn)水口直徑的1.1倍，以防管路發(fā)生堵塞。

進(jìn)一步的，所述液固兩相分離器的底部通過電加熱干燥器分別連接尼龍收集桶、巖屑收集桶，用于實(shí)驗(yàn)結(jié)束后回收尼龍顆粒和巖屑顆粒，便于下次實(shí)驗(yàn)使用。

利用上述裝置測(cè)量天然氣水合物管輸壓力損失的方法，依次包括以下步驟：

（1）啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過減速器帶動(dòng)模擬鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)；

（2）開啟水泵，水從貯水槽中流出，通過液體流量計(jì)，由進(jìn)水口進(jìn)入模擬套管和模擬鉆桿之間的環(huán)空；