[实用新型]研究天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及天然气水合物勘探与开发领域，具体地说是涉及一种研究天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性的实验装置。

背景技术

天然气水合物是由水分子与碳氢气体分子在低温高压条件下形成的一种具有笼状结构的似冰雪状结晶化合物。自从上世纪60年代和80年代分别在永久冻土带和海洋区域发现天然气水合物，其在资源、环境和全球气候变化中的重要意义引起了各国政府、各大油气公司和各类学术研究机构的极大关注。21世纪以来，随着油气资源可采量的减少和消耗量的增加，天然气水合物作为能源资源的勘探和开发越来越受到世界各国的重视。

天然气水合物勘探开发离不开钻井。由于海域水合物地层压实固结程度较差，若采用欠平衡钻井方式，不利于井壁力学平衡。而且水合物还会在减压下分解，导致地层力学强度急剧降低，更不利于井壁稳定和井内安全。因此，维持孔内压力大于地层孔隙压力（但不高于破裂压力）是水合物钻井比较可取的安全方式。在此条件下，钻井液（这里指水基钻井液）在水力压差的作用下驱走井壁周围地层孔隙中的原生流体（气、水）而侵入地层。钻井实践证明，钻井液侵入会改变井壁围岩特性，比如岩石强度、孔隙压力等。与钻井液侵入常规油气地层所不同的是，受钻具摩擦生热以及钻井液温度影响，钻井液侵入含水合物地层过程中还可能伴随有水合物的分解，从而加速井壁失稳。此外，在众多的地球物理测井属性中，电阻率和波速受水合物的影响最突出。由于海洋区域水合物赋存在固结不好的沉积物中，而声波受压实系数的影响较重，因而电阻率测井又比声波测井和其他测井方法更稳定可靠。但是，钻井过程中钻井液循环和侵入却对电阻率测井有着显著的影响。当高矿化度钻井液滤液侵入时会严重影响储层特征和电阻率测井准确性。而且盐是热力学抑制剂，其随钻井液侵入会使水合物相平衡曲线向左迁移，导致地层中水合物分解，进一步影响测井识别评价、井周地层稳定和井内安全。因此，研究耦合有水合物分解的水基钻井液侵入含水合物地层的特性及其对地层的影响规律对今后水合物地层测井响应识别、储层评价、井壁稳定评估、水合物区域资源和环境评价以及大洋综合钻探计划（IODP）孔内水合物动态观测系统实施都具有重要意义和应用价值。由于目前野外水合物实际钻井活动少，且操作难度大，成本高，因而勘探与开发先期，先在室内进行充分的实验研究则是一种很好的选择。但至今水合物相关实验研究装置资料较少，已公开的有如：国家知识产权局在2011年2月公开了专利号为201020253020.7 的“天然气水合物渗透率模拟实验装置”，还有专利申请号为201010282443.6的“天然气水合物的电阻的测定方法及其专用装置”，这些装置的不足之处在于仅仅可用于天然气水合物单一物性参数实验研究，测试参数单一，尤其与野外实际的复杂情况相比，其可进行模拟研究的实验条件较为简化，与研究实际钻井活动中钻井液侵入影响的需求也还有一段距离。而综合研究钻井液侵入含水合物地层的实验装置在国内还是空白。据此，有必要开发一种能用于水合物地层多种物性参数研究，尤其是用于各种参数间相互关联性，以及在钻井液侵入条件下水合物地层动态响应特性研究的先进实验装置，来评价水合物地层对钻井液侵入的响应特性，为今后水合物安全高效的勘探与开发奠定基础。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种研究天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性的实验装置，在对含水合物地层渗透性能测试的基础上，实现钻井液对水合物地层的侵入，结合侵入过程中温度、压力和电阻率的测试及动态观察，研究钻井液侵入对水合物地层的物性影响，掌握钻井液侵入程度的主要控制因素，为今后水合物地层勘探开发钻井，测井解释与评价及岩芯后处理等提供基础。

本实用新型为了达到上述目的，所采取的技术方案是：提供一种研究天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性的实验装置，包括有钻井液循环机构、高低温恒温实验箱、气测渗透率机构、水/气注入机构、岩芯转移机构、环压跟踪机构、回压机构、检测机构、出口计量机构、取样机构和工控机；

所述的钻井液循环机构由钻井液贮罐、温控仪、钻井液循环泵和物理模型机构的井口环空腔构成，温控仪、钻井液循环泵与钻井液贮罐连接，并通过管路与物理模型机构的井口环空腔连接成一个循环回路；