專利名稱：一種天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置，屬于深水油氣資源開發(fā)和天然氣水合物鉆探開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是在一定的溫度和壓力條件下由天然氣和水生成的一種籠型結(jié)晶化合物。在常壓下，Im3的天然氣水合物可以釋放出164m3的天然氣。全球天然氣水合物的總能量相當于石油、天然氣和煤的2 3倍，是一種具有很大潛力的替代能源。而且，天然氣水合物燃燒后只生成水和二氧化碳，因此也是一種綠色清潔能源。20世紀60年代以后， 由于海上地球物理勘探技術(shù)和海洋科學(xué)鉆探的迅速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的天然氣水合物賦存區(qū)域，引起了世界許多國家的普遍關(guān)注。在我國管轄海域，尤其是東沙群島南部，西沙海槽北部，西沙群島南部和東海陸坡海域可能存在天然氣水合物礦藏。天然氣水合物廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、 極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境，對水合物地層勘探和開發(fā)的時候，安全可靠地鉆井技術(shù)是保證能夠順利進展的關(guān)鍵。當鉆井時，鉆井液與水合物地層直接接觸，會導(dǎo)致水合物分解使水合物地層本身的膠結(jié)作用減弱、強度降低，出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象，分解產(chǎn)生的水也會導(dǎo)致井壁含水量增大，顆粒間的膠結(jié)作用減弱，進一步導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定，同時分解產(chǎn)生的氣體進入鉆井液，使得鉆井液的密度降低，泥漿柱的靜水壓力降低，極易引發(fā)井涌甚至井噴，同時壓力降低又會促進水合物分解，形成了一個惡性循環(huán)。同時甲烷氣體也會在海底鉆井液管路或者防噴器中重新聚集形成水合物，導(dǎo)致鉆井事故發(fā)生。因此在水合物地層鉆探的時候，要優(yōu)選鉆井液體系、對井筒的溫度和壓力進行合理控制，以保證水合物不會大量分解，避免意外事故的發(fā)生。要做到這一點深入系統(tǒng)地研究水合物在鉆井液作用下分解和強度弱化規(guī)律是關(guān)鍵。要開展這類研究，有必要根據(jù)水合物的苛刻穩(wěn)定條件，研發(fā)一種特殊的模擬實驗裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置。本實用新型提供的天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置包括包括保溫箱內(nèi)的循環(huán)裝置和實驗筒體；所述保溫箱置于支架上；所述循環(huán)裝置包括固定在所述保溫箱底板上的兩個循環(huán)桶；所述循環(huán)桶內(nèi)均設(shè)有可充氣式彈力膠套；所述循環(huán)桶上均設(shè)有上底盤和下底盤，所述上底盤和下底盤均與所述循環(huán)桶密封連接；所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有至少一個通孔，所述通孔通過所述保溫箱底板上的通孔分別開口于所述保溫箱外，并與壓力表A相連；所述循環(huán)桶的上底盤上均設(shè)有連接套，所述連接套均穿過所述保溫箱頂板置于所述保溫箱外并與壓力表B和所述實驗筒體相連；所述實驗筒體包括壓力室筒；所述壓力室筒上設(shè)有上端蓋和下端蓋；所述上端蓋和下端蓋均與所述壓力室筒密封連接；所述壓力室筒上設(shè)有若干個聲波探頭；所述上端蓋上設(shè)有活塞，所述活塞與所述壓力室筒和所述上端蓋密封連接；所述活塞內(nèi)設(shè)有鉆井液進入通道和鉆井液輸出通道；所述鉆井液進入通道與一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通，所述鉆井液輸出通道與另一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通。上述的模擬試驗裝置，所述循環(huán)桶均通過連接桿固定在所述保溫箱的底板上。上述的模擬試驗裝置，所述上底盤和下底盤均通過密封圈A與所述循環(huán)桶密封連接；所述密封圈A可為0型圈a，以形成密閉的環(huán)境。上述的模擬試驗裝置，所述上端蓋和下端蓋均通過密封圈B與所述壓力室筒密封連接；所述密封圈B為0型圈b，以形成封閉的環(huán)境。上述的模擬試驗裝置，所述活塞通過密封圈C與所述壓力室筒和所述上端蓋密封連接；所述密封圈C為0型圈C或萊格圈。上述的模擬試驗裝置，所述聲波探頭通過密封圈D與所述壓力室筒密封連接；所述密封圈D為0型圈d，以防止鉆井液流入所述聲波探頭內(nèi)。上述的模擬試驗裝置，所述聲波探頭上設(shè)有調(diào)整套，用來調(diào)節(jié)所述聲波探頭進入所述壓力室筒的深度。上述的模擬試驗裝置，所述聲波探頭為均勻分布的，用來檢測試樣不同位置的聲波變化；所述聲波探頭可為6個。上述的模擬試驗裝置，所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有一個通孔，所述通孔均通過多通閥I與壓力表A相連；所述連接套均通過多通閥II與壓力表B和所述實驗筒體相連； 所述多通閥I和II可為二通閥或三通閥。上述的模擬試驗裝置，所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有進氣孔和壓力檢測孔，所述進氣孔和壓力檢測孔均通過所述保溫箱底板上的通孔分別開口于所述保溫箱外，所述壓力檢測孔與壓力表A相連。本實用新型的模擬實驗裝置具有以下優(yōu)點1、可以評價不同體系的鉆井液在不同溫度、壓力下對天然氣水合物地層分解的抑制效果，并進行鉆井液體系優(yōu)選。2、可以評價不同體系的鉆井液在不同溫度、壓力下對水合物地層強度弱化規(guī)律。3、通過保溫箱可以實現(xiàn)鉆井液溫度的恒定，通過低溫冷庫可以實現(xiàn)鉆井液在不同溫度下對水合物分解抑制效果的評價。4、可以通過高壓氣瓶控制鉆井液進入的壓力，模擬鉆井過程中的液柱壓力；通過軸向活塞給水合物試樣施加一定的軸向力，模擬不同埋深的上覆巖層壓力。5、三個聲波探頭安裝在水合物試樣距端部的不同位置，不同位置水合物聲波變化可以反應(yīng)鉆井液與水合物接觸后不同時刻水合物地層物理力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。6、試驗筒體體積大，能夠安放Φ 100mm、高400mm的大巖心，與鉆井實際情況更加接近。設(shè)備拆裝簡單，操控性強。

圖1為本實用新型模擬試驗裝置的循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型模擬試驗裝置的實驗筒體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。本實用新型的天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置的循環(huán)裝置和實驗筒體的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1和圖2所示，圖中各標記如下1頂板、2連接套、3連接桿、4 六角螺母、5平墊圈、6上底盤、7保溫箱、80型圈a、9循環(huán)桶、10彈力膠套、11下底盤、12底板、13支架、14接頭、15三通閥1、16三通閥11、17壓力表A、18進氣孔、19壓力檢測孔、20 加熱孔、21上端蓋、22下端蓋、23壓力室筒、240型圈b、250型圈c、260型圈d、27聲波探頭、 28調(diào)整套、四螺母、30格萊圈、31活塞、32鉆井液進入通道、33鉆井液輸出通道、34壓力表 B0本實用新型的天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置包括循環(huán)裝置和實驗筒體；循環(huán)裝置包括兩個置于保溫箱7內(nèi)且對稱放置的循環(huán)桶9 ；保溫箱7置于支架13 上；循環(huán)桶9上均設(shè)有上底盤6和下底盤11，上底盤6和下底盤11均通過0型圈a8與循環(huán)桶9密封連接；循環(huán)桶9通過連接桿3和六角螺母4固定在保溫箱7的底板12上；循環(huán)桶9內(nèi)設(shè)有彈力膠套10，用于盛放鉆井液；下底盤11上設(shè)有壓力檢測孔19和設(shè)有開關(guān)的進氣孔18，壓力檢測孔19和進氣孔18均通過保溫箱7的底板12上的通孔開口于保溫箱7 外；進氣孔18可與高壓氮氣瓶相連，用于向循環(huán)桶內(nèi)的鉆井液施加壓力；壓力檢測孔19通過接頭14與三通閥I 15相連通，三通閥I 15的一個開口與壓力表A17相連，用于檢測通入氣體的壓力；三通閥I 15的另一個開口也可以與高壓氮氣瓶相連(作為放空口)；保溫箱7的側(cè)壁上設(shè)有加熱孔20，用來放置熱風(fēng)機為保溫箱7供熱；上底盤6上設(shè)有連接套2， 連接套2通過平墊圈5固定在上底盤6上；連接套2穿過頂板19置于保溫箱7外；連接套 2與三通閥II 16相連，三通閥II 16的一個開口與壓力表B 34相連，用于檢測出口處鉆井液的壓力；三通閥II 16的另一個開口與實驗筒體相連，鉆井液從該開口進入實驗筒體內(nèi)。 實驗筒體包括壓力室筒23 ；壓力室筒23上設(shè)有上端蓋21和下端蓋22 ；上端蓋21和下端蓋 22均通過0型圈b M與壓力室筒23密封連接；壓力室筒23上設(shè)有6個均勻分布且對稱的聲波探頭27，用于實時檢測聲波變化；聲波探頭27的端部通過0型圈d 26與壓力室筒23 密封連接，以防止鉆井液流入聲波探頭27內(nèi)；聲波探頭27上設(shè)有調(diào)整套觀，用于調(diào)整聲波探頭27進入壓力室筒23的深度，調(diào)整套28通過螺母四固定在壓力室筒23上；上端蓋21 上設(shè)有活塞31，活塞31通過格萊圈30與壓力室筒23密封連接，活塞31通過0型圈c 25 與上端蓋21密封連接；活塞31內(nèi)設(shè)有鉆井液進入通道32和鉆井液輸出通道33 ；鉆井液進入通道32和鉆井液輸出通道33分別通過三通閥II 16與兩個循環(huán)裝置13的連接套2相連通，使鉆井液形成循環(huán)。上述模擬試驗裝置中，上底盤6和下底盤11還可以通過過盈配合與循環(huán)桶9密封連接；上端蓋21和下端蓋22還可以通過過盈配合與壓力室筒23密封連接；活塞31還可以通過過盈配合與壓力室筒23和上端蓋21密封連接；聲波探頭27的個數(shù)和布置可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)；循環(huán)桶9和壓力室筒23的大小可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。使用本實用新型的模擬試驗裝置時，向彈力膠套10內(nèi)充滿鉆井液，然后通過與進氣孔18連通的高壓氮氣瓶向彈力膠套10內(nèi)通入氮氣；由壓力表A 17檢測通入的高壓氮氣的壓力；通入的高壓氮氣把彈力膠套10內(nèi)的鉆井液壓入到連接套2中，并通過連接套2上的壓力表B 34檢測出口處鉆井液的壓力，然后鉆井液通過與連接套2相連的三通閥II 16的一個開口和活塞31的鉆井液進入通道32進入到壓力室筒23內(nèi)，鉆井液在壓力室筒 23內(nèi)沿天然氣水合物試樣的斷面流動，同時用活塞31對水合物試樣施加一定的壓力；鉆井液從鉆井液輸出通道33回流到另一個循環(huán)桶9中，完成一個循環(huán)。同時，通過聲波探頭27 實時監(jiān)測聲波變化，根據(jù)不同位置聲波探頭27的聲波參數(shù)，用以評價鉆井液的性能，并分析不同時刻鉆井液侵入地層的情況。 試驗完畢后，需對壓力室筒體23和彈力膠套10進行清洗，在彈力膠套10中加滿蒸餾水然后用高壓氮氣將蒸餾水壓入壓力室筒體23，然后蒸餾水再回流到另一個彈力膠套中，重復(fù)進行三次完成清洗過程，可以進入下次試驗。
權(quán)利要求1.一種天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置，其特征在于所述裝置包括置于保溫箱內(nèi)的循環(huán)裝置和實驗筒體；所述保溫箱置于支架上；所述循環(huán)裝置包括固定在所述保溫箱底板上的兩個循環(huán)桶；所述循環(huán)桶內(nèi)均設(shè)有可充氣式彈力膠套；所述循環(huán)桶上均設(shè)有上底盤和下底盤，所述上底盤和下底盤均與所述循環(huán)桶密封連接；所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有至少一個通孔，所述通孔通過所述保溫箱底板上的通孔分別開口于所述保溫箱外，并與壓力表A相連；所述循環(huán)桶的上底盤上均設(shè)有連接套，所述連接套均穿過所述保溫箱頂板置于所述保溫箱外并與壓力表B和所述實驗筒體相連；所述實驗筒體包括壓力室筒；所述壓力室筒上設(shè)有上端蓋和下端蓋；所述上端蓋和下端蓋均與所述壓力室筒密封連接；所述壓力室筒上設(shè)有若干個聲波探頭；所述上端蓋上設(shè)有活塞，所述活塞與所述壓力室筒和所述上端蓋密封連接；所述活塞內(nèi)設(shè)有鉆井液進入通道和鉆井液輸出通道；所述鉆井液進入通道與一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通，所述鉆井液輸出通道與另一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述循環(huán)桶均通過連接桿固定在所述保溫箱的底板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述上底盤和下底盤均通過密封圈A與所述循環(huán)桶密封連接；所述密封圈A為0型圈a。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述上端蓋和下端蓋均通過密封圈B與所述壓力室筒密封連接；所述密封圈B為0型圈b。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述活塞通過密封圈C與所述壓力室筒和所述上端蓋密封連接；所述密封圈C為0型圈C或萊格圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述聲波探頭通過密封圈D 與所述壓力室筒密封連接；所述密封圈D為0型圈d。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述聲波探頭上設(shè)有調(diào)整套。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述聲波探頭為均勻分布的；所述聲波探頭為6個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有一個通孔，所述通孔均通過多通閥I與壓力表A相連；所述連接套均通過多通閥II與壓力表B和所述實驗筒體相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬試驗裝置，其特征在于所述循環(huán)桶的下底盤上均設(shè)有進氣孔和壓力檢測孔，所述進氣孔和壓力檢測孔均通過所述保溫箱底板上的通孔分別開口于所述保溫箱外，所述壓力檢測孔與壓力表A相連。
專利摘要本實用新型提供了一種天然氣水合物與鉆井液相互作用模擬試驗裝置。該裝置包括置于保溫箱內(nèi)的循環(huán)裝置和實驗筒體；所述循環(huán)裝置包括固定在所述保溫箱底板上的兩個循環(huán)桶；所述循環(huán)桶內(nèi)均設(shè)有膠套；所述循環(huán)桶上均設(shè)有上底盤和下底盤，所述上底盤和下底盤均與所述循環(huán)桶密封連接；所述實驗筒體包括壓力室筒；所述壓力室筒上設(shè)有上端蓋和下端蓋；所述上端蓋和下端蓋均與所述壓力室筒密封連接；所述壓力室筒上設(shè)有若干個聲波探頭；所述上端蓋上設(shè)有活塞，所述活塞與所述壓力室筒和所述上端蓋密封連接；所述活塞內(nèi)設(shè)有鉆井液進入通道和鉆井液輸出通道；所述鉆井液進入通道與一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通，所述鉆井液輸出通道與另一個所述循環(huán)桶上的連接套相連通。
文檔編號G01N29/04GK202033329SQ201020659328
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者余敏, 劉彬, 周建良, 姚海元, 孫曉杰, 崔青, 李令東, 李清平, 白玉湖, 程兵, 程遠方, 耿亞楠, 艾傳志, 趙壽強, 郝慶澤 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(xué)(華東), 中海石油研究中心, 長春市朝陽試驗儀器有限公司