[发明专利]一种随钻气侵模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种随钻气侵模拟实验装置，其特征在于，所述装置包括气液输送机构、井筒模拟实验机构以及数据处理机构，其中：

所述气液输送机构包括气液混合器以及与所述气液混合器相连的气体支路和泥浆支路，所述气体支路包括依次相连的空气压缩机和储气罐，所述储气罐与所述气液混合器相连；所述泥浆支路包括依次相连的泥浆罐、加热器和柱塞泵，所述柱塞泵与所述气液混合器相连；

所述井筒模拟实验机构包括井下溢流模拟测试段，其中，所述井下溢流模拟测试段包括筒体；所述筒体包括上筒体和下筒体，所述下筒体内设置有岩心支撑架，所述岩心支撑架上放置有岩心样品，所述上筒体和下筒体内设置有监测短节，所述监测短节包括电池段和探头段，所述探头段的下端设置有PDC钻头，所述PDC钻头相抵于所述岩心样品，所述探头段上设置有超声波收发传感器探头，所述探头段在设置于所述上筒体上方的电机的带动下转动，所述上筒体和所述下筒体内填充有泥浆和气体的混合物；

所述数据处理机构包括依次相连的前端放大器、模数采集器以及计算机，所述前端放大器与所述井筒模拟实验机构相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储气罐上设置有安全阀，所述储气罐与所述气液混合器之间依次设置有流量控制阀和质量流量计，所述质量流量计与所述模数采集器之间通过信号线相连。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泥浆罐与所述井筒模拟实验机构之间设置有用于将泥浆和气体进行分离的液气分离器，所述液气分离器的输入端与所述井筒模拟实验机构相连，所述液气分离器的输出端与所述泥浆罐相连，所述液气分离器上还设置有排气孔。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上筒体的上端设置有上法兰盖，所述下筒体的下端设置有下法兰盖，所述下筒体中还设置有监测短节支撑架，所述监测短节支撑架填充于所述探头段和下筒体的筒壁之间，以在所述探头段转动时保证所述探头段的稳定；所述电池段中安装有电池。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上筒体上设置有压力表和温度计，所述上筒体的上法兰盖上开设有安全阀安装孔、监测短节安装孔以及出液管开孔；所述下筒体的下法兰盖上设置有进液管和排液管。

6.一种应用于如权利要求1至5中任一所述的随钻气侵模拟实验装置中的实验方法，其特征在于，所述方法包括：

将空气经过空气压缩机加压后存储至储气罐中，并通过所述储气罐向气液混合器中注入空气；

将泥浆罐中的泥浆经加热器加热之后，通过柱塞泵输送至所述气液混合器中，以将泥浆与气体在所述气液混合器中混合；

将所述气液混合器中的气液混合物注入井筒模拟实验机构，为超声波发射探头产生的超声波信号提供含气液界面的传播通道；

通过超声波接收探头接收气液界面反射的超声波信号，并将接收的超声波信号转化为电信号，前端放大器对所述电信号进行放大，并通过模数采集器对放大后的电信号进行数字采样；

对数字采样后的信号进行分析，以确定气液界面对多普勒信号变化的影响规律以及超声波在泥浆中的传播和衰减规律。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在分别生成在气液界面中和在泥浆中传输的超声波信号之后，所述方法还包括：

将所述井筒模拟实验机构中的气液混合物输入液气分离器，以将所述气液混合物中的气体从泥浆中分离，并将分离出的气体排出所述液气分离器；

将脱气后的泥浆输回至所述泥浆罐中。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述气液混合器中的气液混合物注入井筒模拟实验机构之后，所述方法还包括：

开启所述井筒模拟实验机构中的电机，以带动所述井筒模拟实验机构内的探头段转动；

当所述探头段转动时，通过所述探头段下端的PDC钻头磨削放置于岩心支撑架上的岩心样品，以模拟振动噪声信号。