[发明专利]一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法。该装置由电机22、减速器21、模拟套管23、模拟钻杆24、岩屑储集室16、液体流量计1、水泵3、贮水槽4、液固两相分离器9、压力传感器14、计算机15组成。该方法包括：电机带动模拟钻杆转动；水从贮水槽中流出，通过进水口进入模拟套管和模拟钻杆之间的环空；向岩屑储集室加入相同质量、不同粒径的尼龙颗粒和岩屑颗粒，混合均匀后进入环空并与水一起流向混合物出口；通过控制柜调节水泵排量，改变环空内的流体流速，通过压力传感器读取压降数据，通过计算机监测并记录。本发明通过测量、分析固相颗粒粒径、流速与压力损失之间的关系，指导天然气水合物钻井过程的管输流动参数优化设置。

技术领域

本发明属于天然气水合物钻井领域，具体涉及一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法。

背景技术

全球天然气水合物资源量巨大，然而80%的海洋天然气水合物主要储存在深海浅层、弱胶结的泥岩中，因此深海浅层天然气水合物固态流化开采的概念被提出。在钻水平井的过程中，由于钻杆的转动将使钻头刚刚破碎下来的岩屑发生第二次破碎；当钻杆遇到天然气水合物时，天然气水合物固体也会由于钻杆的转动作用发生破碎，使得天然气水合物固体和岩屑颗粒一起随钻井液在水平段内流动。在此过程中，沿线压力损失过大会造成天然气水合物无序分解，引发地质滑塌等安全问题。因此，井筒环空输送天然气水合物的安全性是一个重要的问题。目前亟需一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法，对天然气水合物钻井过程中环空内的压力损失进行测量，从而分析固相颗粒粒径、流速等与压力损失之间的关系，指导现场实际工程管输流动参数的优化，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物管输压力损失的测量装置，该装置原理可靠，操作简便，通过得到天然气水合物钻井水平段在不同固相颗粒粒径和流速下的管输压力损失，研究实际钻井过程中天然气水合物固体颗粒和岩屑颗粒粒径对管输压力的影响情况。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置测量天然气水合物管输压力损失的方法，通过在总体积相同、固相颗粒粒径不同、流速不同条件下，对环空内的压力损失进行测量，分析、研究固相颗粒粒径、流速与压力损失之间的关系，指导天然气水合物钻井过程的管输流动参数的优化设置。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种天然气水合物管输压力损失的测量装置，主要由电机、减速器、模拟套管、模拟钻杆、岩屑储集室、液体流量计、水泵、贮水槽、液固两相分离器、压力传感器、计算机组成，所述模拟套管内有模拟钻杆，模拟套管和模拟钻杆之间左端设有接头、右端设有轴承；模拟钻杆连接电机、减速器；模拟套管的左端既连接岩屑储集室，还通过进水口连接液体流量计、水泵、贮水槽，岩屑储集室外接岩屑漏斗、尼龙漏斗，内有搅拌器；模拟套管的右端通过混合物出口连接液固两相分离器，液固两相分离器连接贮水槽；模拟套管的两端连接压力传感器，压力传感器连接计算机。

进一步的，所述水泵连接控制柜，是指液体经进水口、模拟套管和模拟钻杆之间的环形空间、混合物出口构成循环管路，通过控制柜调节管路流速，达到模拟不同流速的效果。

进一步的，所述模拟套管管长15m，管道直径165mm，采用透明亚克力玻璃制成，承压2MPa。

进一步的，所述混合物出口直径为进水口直径的1.1倍，以防管路发生堵塞。

进一步的，所述液固两相分离器的底部通过电加热干燥器分别连接尼龙收集桶、岩屑收集桶，用于实验结束后回收尼龙颗粒和岩屑颗粒，便于下次实验使用。

利用上述装置测量天然气水合物管输压力损失的方法，依次包括以下步骤：

（1）启动电机，电机通过减速器带动模拟钻杆转动；

（2）开启水泵，水从贮水槽中流出，通过液体流量计，由进水口进入模拟套管和模拟钻杆之间的环空；