[发明专利]一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置

说明书

本发明属于海洋油气开发技术领域，涉及一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置，根据几何相似性和动力相似性原理设计井筒，钻井液储存罐用来提供实验过程中的流体，储气罐、气体压缩机用来提供实验过程中的气体，钻杆在无加热条件下的搅拌作用加速水合物的生成，打开钻杆上的加热器使水合物发生分解，监测水合物随钻井液在井筒和环空循环流动下的状态，根据收集到的水合物生成和分解的数据，确定多普勒信号与截面含气率之间的定量对应关系，实现水合物钻井的溢流早期监测；其结构简单，易于组装，整个循环过程清晰，便于实验操作的进行。

技术领域:

本发明属于海洋油气开发技术领域，涉及一种水合物钻井井控模拟实验装置，特别是一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置，根据超声波多普勒检测仪收集到的水合物生成和分解的数据，确定多普勒信号与截面含气率之间的定量对应关系，实现水合物钻井的溢流早期监测，最终实现对水合物钻井井控的模拟和监测。

背景技术：

水合物资源储量丰富，具有巨大的资源开发前景，但是天然气水合物开采涉及多相传递和转换，并可能带来一系列地质和环境问题，至今没有成熟的天然气水合物开发技术。在全世界范围内，水合物开采都是一个巨大的难题，特别是水合物钻井井控技术，长久以来没有一种切实可行的方法来解决水合物钻井过程中出现的诸多井控方面问题。

水合物监测是水合物钻井井控技术的一个重要环节，在水合物开发过程中有着极其重大的意义。但是由于井下的情况极其复杂，长时间以来没有一个有效的方法可以准确监测溢流，使水合物在开采过程中产生许多困难。为实现钻井过程中的早期溢流监测，亟需有效的方法准确监测水合物在钻井条件下的分解规律，因此，设计一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置，对水合物在钻井条件下的分解规律的研究有着极其重要的现实意义，由此，可以进一步实现对水合物钻井井控的准确模拟和监测。

在水合物钻井过程中，因为不能对环空管路有任何的破坏，基于隔水管完整性的情况，采用非接触测量方法——超声波多普勒测量法，超声波多普勒测量法是根据多普勒原理进行的，它实际测量的对象是流体中的颗粒物或气泡等反射体，发射体的速度代表流体的速度；超声波发射器为一固定声源，固体颗粒随流体一起运动，当超声波发射器所发射的超声波入射到这些固体颗粒上时，被反射到接收器上的超声波频率就会与发射频率之间有一个差值，这个频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的多普勒频移，用超声波多普勒法对钻柱内部环空中的钻井液进行检测时，正常钻进条件下，信号由钻井液中的固相颗粒产生，当发生气侵，气泡会成为多普勒信号的主要来源，此时信号会发生明显变化，利用这种信号变化监测是否出现气泡。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种水合物钻井溢流模拟监测实验装置，根据几何相似性和动力相似性原理设计井筒，钻井液储存罐用来提供实验过程中的流体，储气罐、气体压缩机用来提供实验过程中的气体，钻杆在无加热条件下的搅拌作用加速水合物的生成，打开钻杆上的加热器使水合物发生分解，监测水合物随钻井液在井筒和环空循环流动下的状态，根据收集到的水合物生成和分解的数据，确定多普勒信号与截面含气率之间的定量对应关系，实现水合物钻井的溢流早期监测。