天然气水合物储层开采安全模拟装置

天然气水合物储层开采安全模拟综合实验系统

一 项目目的

主要科研研发方向为模拟深水水合物储层环境，对水合物层开采中的井筒压力温度进行实验模拟，研究水合物藏环境条件下的水合物生成、模拟钻井条件下的井壁稳定性和水合物藏开发技术、地层参数、钻井参数对水合物分解的影响等，分析评价钻采过程中井筒压力控制的设备与方法，为水合物钻探与开发安全、顺利进行提供基础。

二 系统实现的功能

1.        可以测量水合物储层的、声阻抗（本次不配测量仪器）等特性参数

2.        评价钻井条件下水合物抑制剂效果

3.        研究钻井条件下的研磨、泥浆循环等对水合物相变的影响规律

4.        研究钻井条件下的水合物分解速率、储层稳定性

5.        模拟联通井开采水合物

6.        模拟注热开采水合物

7.        模拟降压开采水合物

8.        模拟二氧化碳置换开采水合物

9.        高压低温条件下气体溶解度测定

三 水合物储层开采安全模拟综合实验系统组成

（1）恒温箱

规格为1000mm*800mm*1600mm(尽量采用标准的，或与厂方讨论)，温度控制范围在-10—100℃。恒温箱A-A俯视图如图所示。反应釜与支架连为一体，可以从恒温箱中拉出，支架平台与恒温箱箱底齐平。支架平台下的反应釜底部外围包有保温层。顶部打孔2个，分别用于模拟钻杆和反应釜与外部相连管线的下入。

（2）注气单元

主要包括气瓶（甲烷和CO2）、气体增压泵、储气中间容器、气体出口压力控制，调压阀，气体流量控制器以及输气管线。气体经增压泵增压储存在中间容器中，用恒速泵以一定的排量将一定压力的气体从控制压力的回压阀排出，可以为水合物的生成以及CO2置换实验提供稳定的气源。气体也可经调压阀，气体流量控制器注入反应器。

（3）注液单元

包括恒速泵、中间容器、预热器及液体输送管线。在实验中提供稳定的高压流体（注入热水、化学试剂等，压力20MPa）。

 

 

（4）泥浆注入单元

包括泥浆泵、流量计、动密封接头及液体输送管线。在钻井实验中提供稳定的高压循环流体（注入不同体系泥浆，压力20MPa）。

（5）分离计量单元

包括压力计、流量计、分离器、排液瓶、电子天平，用以计量反应中反应釜输出的气体、液体的量。

（6）数据采集单元

主要包括压力、温度和电阻率传感器，以及计算机采集部分，主要用于采集实验过程中各个位置的温度、压力、电阻率的变化。

（7）水合物实验模拟单元（20MPa）

反应釜，用于提供水合物合成和分解的环境。

a）反应釜内腔体为Φ400mm*400mm。反应釜（直管两端焊接法兰）两端采用法兰与端盖进行连接，上端盖有三个孔，下端盖有三个，模拟井眼1,2,3分别贯穿上下端盖，并具有注入气体和水的功能。井眼3上进口，下出口；温度和电阻率传感器引线从釜体侧面引入，共分3层（温度和电阻率传感器布置数量：每层6个），以测量在不同反应釜深度及径向的温度和电阻率。反应釜放在支架上，支架下端有滑块，可沿恒温箱中的滑轨运动。1,2,3两端在需要的情况下可以与丝堵配合堵住筛管两端，也可以通过高压管线两两互联，下图所示是用高压管线将1,2筛管在底端相连。

b）模拟钻杆通过恒温箱上的孔进入到反应釜中，用液压油缸模拟钻压，控制钻进速度。模拟钻杆为中空，钻井液可以通过模拟钻杆进入井眼3，并通过环空排出。减速电机带动钻杆旋转，转速0-200r/min可调。模拟钻杆要满足与上端输入管线和反应釜上端盖之间动密封的要求（钻杆尺寸为Φ20；钻头尺寸为Φ30）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（8）水合物评价单元

可以进行不同组分下水合物的相平衡实验，测定水合物的相平衡曲线；也可以用于评价各种水合物抑制剂的效果。反应釜耐压值为20MPa。可采用循环法取样。测定气体在钻井液中的溶解度。

(9)温压控制单元

主要包括压力调节器、回压器和温控箱。压力调节器可以用于进行钻井过程中的泥浆的回压控制；回压器用于控制水合物生成过程以及降压开采过程中压力的控制。温控箱可以用于调节反应的温度。

（10）辅助单元

主要包括储气罐、真空泵、电机、模拟钻杆、液压钻进系统、阀门以及管线。