[发明专利]一种可视化天然气水合物模拟试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟试验装置及方法，具体涉及一种可视化天然气水合物模拟试验装置及方法。

背景技术

海洋深水钻井作业环境恶劣，操作条件复杂，其中之一便是钻井液中容易形成天然气水合物。天然气水合物的存在对钻井安全和完井效率有严重威胁，其不仅可能堵塞环空通道、BOP（防喷器）和凡尔/压井管线，妨碍油井的压力监控，限制钻柱活动，造成钻井事故。同时，天然气水合物的形成会消耗钻井液中的水，使重金属沉降，使钻井液粘度增大，性能下降。此外，天然气水合物返到地面时也会造成危险，甚至威胁作业人员的生命安全，因为1m3的气体水合物会产生170m3的气体，它们冲出井口时可能会造成爆炸和火灾。

为了预防和消除气体水合物的危害，需要对气体水合物的性能进行全方面研究，包括气体水合物的理化性能、水合物的生成和分解条件等。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能清晰观察天然气水合物的生成及分解，并能通过监控反应釜内温度和压力的变化预测水合物生成条件的可视化天然气水合物模拟试验装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可视化天然气水合物模拟试验装置，其特征在于，该装置包括：一高低温试验箱，一设置在所述高低温试验箱内的高压反应釜，一与所述高压反应釜的进料口相连的进料系统，一与所述高压反应釜的进气口相连的气体增压系统，一与所述高压反应釜的出气口相连的分离系统，一设置在所述高压反应釜上端的成像系统，一设置在所述高压反应釜内的磁力搅拌系统，以及一用来监测所述高温反应釜内的温度和压力及监测所述高温反应釜的进气口和出气口处流量的数据采集与处理系统。

在一个优选的实施例中，所述进料系统主要由高压氮气瓶、钻井液储罐、调压阀及气驱液入口阀组成；所述高压氮气瓶与所述钻井液储罐的一端相连，中间设置有所述调压阀；所述钻井液储罐的另一端与所述高压反应釜的进料口相连，中间设置有所述气驱液入口阀。

在一个优选的实施例中，所述气体增压系统主要由甲烷/天然气气瓶、气体增压泵、高压缓冲罐、压力监测表及气体入口阀组成；所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵的进气端相连，中间设置有所述压力监测表；所述气体增压泵的出气端与所述高压缓冲罐的进气端相连，所述高压缓冲罐的出气端与所述高压反应釜的进气口相连，中间设置有所述压力监测表和气体入口阀。

在一个优选的实施例中，所述高压反应釜包括一顶部敞口、底部封闭的反应釜筒体，所述反应釜筒体的侧壁上设置有与其内部腔体相连通的进料口、进气口、出料口和出气口；所述反应釜筒体的底部开设有一通孔，该通孔的下方设置一下部密封盖，所述磁力搅拌系统的搅拌头穿过所述下部密封盖后由该通孔穿入所述反应釜筒体内部，并通过所述下部密封盖实现所述反应釜筒体底部的密封，所述磁力搅拌系统的驱动部分则固定在所述高低温试验箱的底部；所述反应釜筒体的顶部设置一中空的上部密封盖，所述上部密封盖内沿轴向密封连接一上部视窗，所述成像系统设置在所述上部密封盖的上方；所述反应釜筒体的出料口处设置有一液体出口阀。

在一个优选的实施例中，所述反应釜筒体的侧壁上设置有条形视窗，且所述条形视窗外侧设置有冷光源；所述上部密封盖采用螺口式快开结构。

在一个优选的实施例中，所述分离系统包括一分离器和气体出口阀，所述分离器的进气端与所述高压反应釜的出气口相连，中间设置有所述气体出口阀。

在一个优选的实施例中，所述数据采集与处理系统包括设置在所述高压反应釜内温度传感器和压力传感器，设置在所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵之间的流量控制器，设置在所述分离器的出气端处的流量计，以及与所述成像系统、温度传感器、压力传感器、流量控制器和流量计电连接的计算机。

在一个优选的实施例中，所述高低温试验箱内的温度能在-40-50℃之间任意调节。

一种采用上述装置进行的可视化天然气水合物模拟试验方法，其包括以下步骤：

1）操作前现将钻井液调配好，打开钻井液储罐上部堵头将液体倒入容器中，并将堵头密封好；

2）开启计算机，打开到数据采集页并编制编号，开始记录数据；

3）打开高压氮气瓶阀门并将调压阀调到1.2MPa左右，然后打开气驱液入口阀将液体慢慢注入高压反应釜内，并根据液体的稀稠度来调节压力，一般在0.5～1MPa之间；当注入液体体积接近高压反应釜一半容积时，关闭气驱液入口阀，同时关闭调压阀和高压氮气瓶阀门；