[发明专利]测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置及方法

说明书

本发明涉及测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置及方法。该装置由套管14、钻杆13、钻头28、电机6、箱体26、第一增氧泵2、岩屑收集器31、水泵19、储水罐18、第二增氧泵21、三相分离器9、压力传感器4、计算机1组成。该方法包括：电机带动钻杆和钻头旋转，储水罐的水与第二增氧泵产生的气体进入箱体；第一增氧泵产生的气体通过加气口进入套管；打开岩屑收集器出口的开度分别为全开的1/8、3/8、5/8、7/8，岩屑和尼龙颗粒随着水进入箱体，然后从环空上返，混合物流出并进入三相分离器；绘制岩屑收集器出口的不同开度与套管内壁被冲蚀深度的关系曲线。本发明原理可靠，操作简便，为天然气水合物藏的高效和安全钻采提供理论依据和技术指导。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采领域，具体涉及一种测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置及方法。

背景技术

近年来水合物的勘探开发获得了重大突破，在多年冻土和深海底部都发现了水合物的存在，天然气水合物作为清洁能源之一，受到了越来越广泛的关注。海洋天然气水合物钻水平井过程涉及许多技术难题，其中就包括钻井过程中的设备安全问题，在钻水平井过程所产生的水合物颗粒和岩屑随钻井液从环空往上返出的过程中会冲蚀井筒，严重时会使套管和钻杆发生穿刺，造成井漏等一系列事故，进而影响钻井周期，并对钻井人员造成危险，在垂直段井筒内水合物分解量大，气体含量大，固相含量高时，对钻杆和套管的冲蚀更严重，最终导致套管破裂，钻杆发生腐蚀。因此，对于天然气水合物钻井过程中井筒内的冲蚀机理的研究非常重要。目前亟需能够测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置及方法，对钻井过程中井筒内冲蚀规律进行研究，为天然气水合物藏的高效和安全钻采提供理论依据和技术指导，从而为现场防冲蚀工程提供重要保障。

发明内容

本发明的目的在于提供测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置，该装置原理可靠，操作简便，用于测量岩屑含量对天然气水合物钻井过程中对套管冲蚀的影响，模拟效果好，数据真实有效。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的方法，为研究不同岩屑含量对天然气水合物钻井过程中套管冲蚀的影响变化规律，提供重要的基础数据和理论指导。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置，由套管、钻杆、钻头、电机、箱体、第一增氧泵、岩屑收集器、液体流量计、水泵、储水罐、气体流量计、第二增氧泵、三相分离器、压力传感器、计算机组成。

所述套管内有钻杆，钻杆连接钻头，套管顶端通过可拆卸接头固定钻杆，底端通过螺栓固定箱体，钻杆穿过可拆卸接头连接电机，钻头位于箱体内，套管和钻杆之间的环形空间与箱体连通；所述套管侧端设有多个加气口，加气口连接第一增氧泵，每个加气口设有闸阀和气体流量计；所述箱体通过两端的进口既连接岩屑收集器、液体流量计、水泵、储水罐，还连接气体流量计、第二增氧泵，岩屑收集器设有岩屑加入口、尼龙加入口和搅拌混合器；所述套管通过上端的混合物出口连接三相分离器，三相分离器连接储水罐，三相分离器顶部有排气口，底部通过电加热干燥器分别连接尼龙收集桶、岩屑收集桶；所述套管上下两端设置压力传感器，压力传感器连接计算机。

所述套管外径177.8mm,长度2.5m，为碳钢材质，与现场实际采用的材质相同。

所述钻杆外径127mm，长度2.8m。

利用上述装置测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的方法，依次包括以下步骤：

步骤一，打开储水罐、水泵和第二增氧泵，开启电机带动钻杆和钻头旋转，储水罐的水通过水泵加压后与第二增氧泵产生的气体进入箱体；打开第一增氧泵，第一增氧泵产生的气体通过加气口进入套管；