[发明专利]一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置

权利要求书

1.一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置，其特征在于主体结构包括井筒模拟系统、信号监测系统、钻井液循环系统、水合物生成分解系统和计算机信息处理系统五个功能部分，其中井筒模拟系统包括有机玻璃内管、有机玻璃外管、内旋转电机、钻杆和单向阀，信号监测系统包括多普勒信号发生器、多普勒信号接收器和超声波多普勒检测仪，钻井液循环系统包括钻井液储存罐、柱塞泵、钻井液流量计和钻井液循环管路压力计，水合物生成分解系统包括气瓶、储气罐、气体压缩机、气体流量计、泄压阀、冷水处理系统、注水口、安全阀、反应器、温度计、生成管路压力计、加热器、减压阀、分解管路压力计和集气瓶，计算机信息处理系统包括控制机柜和计算机；有机玻璃内管用于模拟钻柱，有机玻璃外管用于模拟套管，有机玻璃外管套装在有机玻璃内管外侧，有机玻璃内管的上部与单流阀相连接，内旋转电机的上方与单流阀连接，下方与钻杆连接，内旋转电机提供旋转动力带动钻杆转动来模拟井下钻进过程；单向阀控制钻井液只能从上往下流；有机玻璃外管左边的上下部分别安装一个阀门，钻井液通过上部的阀门回到钻井液储存罐；多普勒信号发生器和多普勒信号接收器安装在有机玻璃外管内侧并处在一条延长线上，多普勒信号发生器和多普勒信号接收器的安装角度与井筒呈60°角，多普勒信号接收器与超声波多普勒检测仪相连接；钻井液储存罐分别与有机玻璃外管左边上部的阀门和柱塞泵连接，连接柱塞泵和单流阀之间的管道上安装有钻井液流量计和钻井液循环管路压力计；含有水合物生成气的气瓶依次与储气罐、冷水处理系统、气体流量计、气体压缩机和反应器相连接，储气罐和冷水处理系统的底部均安装泄压阀，反应器的顶部设有注水口，注水口的一侧安装安全阀，另一侧安装温度计和生成管路压力计，反应器与井筒模拟系统的下部管路连通，井筒模拟系统的上部与集气瓶管路连接，井筒模拟系统与集气瓶之间的管路上依次安装减压阀和分解管路压力计，钻杆的下方安装加热器，加热器的数量根据实际实验要求确定，控制机柜分别与钻井液流量计、钻井液循环管路压力计、气体流量计、温度计、生成管路压力计和分解管路压力计连接，计算机与控制机柜连接，控制机柜控制压力计、流量计的大小，计算机实时显示数据。

2.根据权利要求1所述水合物钻井溢流模拟监测实验装置，其特征在于采用该装置对水合物钻井溢流模拟监测的具体过程为：

(1)打开内旋转电机带动钻杆进行旋转，接着打开钻井液储存罐，调节钻井液流量使其数值稳定并让钻井液循环管路压力计保持在6Ma～8Ma之间，然后打开柱塞泵并调节流速为1m/s向井筒模拟系统中注入钻井液开始循环；

(2)当循环开始后，气瓶中含有水合物生成气，打开气瓶，使水合物生成气进入储气罐后再进入冷水处理系统进行冷却，使其温度控制为1～5℃；然后打开气体流量计的开关调节气体气量，打开气体压缩机，调节生成管路压力计使其数值稳定；冷却后的水合物生成气经过气体压缩机进入反应器；

(3)打开反应器上部的注水口向反应器中注水，并打开温度计和生成管路压力计监测反应进行；经过反应器生成的水合物随水经管路进入井筒模拟系统，经过钻杆的搅拌作用，加速水合物的生成，并让水合物随钻井液进入有机玻璃内管与有机玻璃外管之间循环；超声波多普勒检测仪实时监测水合物的生成过程，并收集相关数据信号，在水合物生成过程中，水合物生成气的含量不断减少，超声波多普勒检测仪监测到的信号强度也随之减小；当通入的水合物生成气反应完毕后，打开钻杆上的加热器使水合物发生分解，超声波多普勒检测仪实时监测水合物的分解过程，并收集相关数据信号，在水合物分解过程中，气体的含量不断增加，超声波多普勒检测仪监测到的信号强度也随之增大；

(4)水合物分解产生的气体进入减压阀、分解管路压力计和集气瓶组成的导出系统，并在集气瓶中收集水合物分解产生的气体，减压阀和分解管路压力计监测气体收集的过程，有机玻璃内管与有机玻璃外管之间的钻井液通过有机玻璃外管上部的阀门重新回到钻井液储存罐进行下一次循环；

(5)在有机玻璃外管上安装多组多普勒信号发生器和多普勒信号接收器的组合，使每组多普勒信号发生器和多普勒信号接收器处在一条延长线上，并调整安装角度使它们与井筒呈60°角，普勒信号发生器和多普勒信号接收器的组合组数根据实际需要确定；普勒信号发生器和多普勒信号接收器均与超声波多普勒检测仪相连接，监测结果在超声波多普勒检测仪屏幕上显示，在钻井液循环过程中实时监测水合物生成和分解的过程，得到水合物生成和分解的数据信号；

(6)通过计算机对水合物的水合物生成和分解的数据进行分析，得到水合物的生成规律和钻井条件下的分解规律，确定多普勒信号与截面含气率之间的对应关系，实现水合物钻井的溢流早期监测。