[发明专利]一种井下燃爆界限快速测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种井下燃爆界限快速测量装置和方法，该燃爆界限测量装置由高温高压燃爆测试筒和系统总成组成。高温高压燃爆测试筒有气腔与底座两部分，气腔为圆柱状封闭空间，可以模拟地层或井下压力、温度条件，具有一定气密性，可滑动浮盘固定于防倾覆导轨；底座可将测试筒固定在带有震荡装置的实验台上，通过震荡测试筒使气腔内部气体充分混合。围绕高温高压燃爆测试筒，增加空气、变含氧量氮气和烃类气体的自动控制供气部分，点火及温度控制部分，测试尾气的处理及分析部分，各相关传感器和伺服控制机构，构成了测试装置的系统总成。本发明可在现场条件下，通过燃爆界限组合测试流程，准确测量当前地层气体的燃爆界限，避免井下燃爆事故发生。

技术领域

本发明涉及一种井下燃爆界限快速测量装置和方法，属于井下燃爆的技术领域。

背景技术

气体钻井具有保护油气储层，机械钻速高，防漏、治漏效果好，不会因外来钻井液导致水敏，成本低，建井周期短等优点，在油气藏开发中有良好的应用价值。但由于井下高温高压的特点以及钻井过程中的各项因素，气体钻井钻进过程中遇到任何油气层，都可能发生井下燃爆，造成钻具损毁、井壁垮塌甚至油井报废、人员伤亡等恶性事故。燃爆界限随着地层压力、温度和烃类气体成分的不断变化也会改变，这更影响了气体钻井技术的安全性。由此，了解地层产出烃类气体在空气中燃爆界限是扩大气体钻井技术的应用范围，提高气体钻井技术的效率的重要手段。

发明内容

本发明目的是为了避免井下燃爆事故的发生，提供了一种快速准确测量当前地层气体烃类的燃爆界限装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明涉及一种井下燃爆界限快速测量装置和方法。燃爆界限测量装置由高温高压燃爆测试筒和测试装置的系统总成两部分组成。高温高压燃爆测试筒由气腔与底座两大部分组成，气腔外部设有温控箱。气腔为一个可以模拟地层或井下压力、温度的圆柱状封闭空间，其直径大于临界熄火直径，其长度可以形成火焰连续传播，并且还能保证了测试中足够大的压力调节范围。气腔内部具有一定自重的浮盘固定在防倾覆导轨上，浮盘可通过导轨上下滑动且具有一定气密性。测试筒上有一套控制供给空气、变含氧量氮气和地层烃类气体的供气系统可以通过安装在其上的传感器将数据输送到计算机，通过计算机实现自动化控制，实现在不同测试条件下的燃爆监测与分析。气腔底部设置有点火器，两个带有单向阀的进气口分布于点火器两侧，分别为空气或氮气进气口、烃类气体进气口，三者成直线排列。点火器与烃类气体进口之间从左至右分别安装一个带防爆功能的安全排气阀和一个全烃浓度传感器。底座与气腔底部成为一体，可将测试筒固定在一个带有震荡装置的实验台上，实验台主要依靠电动机驱动转盘使实验装置沿轴承上下运动，以达到震荡测试筒使气腔内部气体充分混合的目的。实验台上有固定装置，以在实验室固定设备。

围绕高温高压燃爆测试筒，增加空气、变含氧量氮气(或二氧化碳气体)、烃类气体的自动控制供气部分，点火及温度控制部分，测试尾气的处理及分析部分，各相关传感器和伺服控制机构，内置分析、控制软件的计算机，构成了测试装置的系统总成。

S1、燃爆界限组合测试流程

定压燃爆界限测试：保持压力、温度、氧浓度一定，寻找燃爆下限时从富氧最低全烃浓度开始点火测试，每次使全烃浓度增加一个固定值(通过烃类气体定量柱塞泵注入固定量烃类气体，然后震荡均匀)并开动压力恒定控制程序，待压力稳定后点火测试。如果点燃，则测到该条件(压力、温度、氧浓度)下点燃的最低全烃浓度；如果未点燃，则继续增加全烃浓度进行测试。寻找上限时从贫氧最高全烃浓度开始点火测试，每次使空气或氮气浓度增加一个固定值，然后震荡均匀并开动压力恒定控制程序，待压力稳定后点火测试。如果点燃，则测到该条件(压力、温度、氧浓度)下点燃的最高全烃浓度；如果未点燃，则继续增加氧气或氮气浓度进行测试。常压燃爆界限点的测试是根据二分法理，使取值点在要求的精度内无线靠近实际的燃爆界限点。