一种深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，由反应管柱、恒温控制系统、天然气供气系统、天然气增压系统、供液系统、排泄系统、参数监测及数据采集系统及计算机终端组成。利用该装置可以模拟深水气井测试地面关井过程中水合物的生长情况，得到不同含水率、温度、压力等条件下水合物生长规律，从而用于研究深水气井测试“二开二关”生产制度的可行性，为合理地制定工作制度提供参考。

Gas hydrate growth simulation device for deep gas well during ground shut in stage

The invention relates to a deep well ground simulation device shut stage of gas hydrate growth, the reaction tube column, temperature control system, gas supply system, gas pressure system, fluid supply system, drainage system, parameter monitoring and data acquisition system and the computer terminal. The device can simulate deepwater hydrate growth ground test wells shut in the process, different water content, temperature and pressure conditions of hydrate growth regularity, so it can be used to study the deep well testing feasibility of \two two\ production system, to provide reference for the reasonable work system.

【技术实现步骤摘要】
一种深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置
本专利技术涉及深水气井勘探开发
，特别是涉及深水气井测试过程中关井阶段天然气水合物生长模拟装置。
技术介绍
天然气水合物是由天然气和水在高于冰点的低温和一定压力条件下形成的一种外观像冰但晶体结构却与冰不同的笼型化合物。其中，水分子借助氢键形成主体结晶网络，晶格中的孔穴内充满轻烃(甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷)或非轻烃(氮气、二氧化碳和硫化氢)分子，即所谓的客体分子。在深水气井勘探开发过程中，主要形成的是以甲烷CH4为客体分子的甲烷水合物。其形成需要经历成核和生长两个阶段，水合物在成核后，只有在条件合适的情况下才会继续生长，否则生长过程不会继续进行。所述合适的生长条件为：水合物核周围的溶液处于过饱和状态，周围环境具有适宜的低温高压条件和良好的散热条件，同时气液接触面积足够大，有利于物质传递。现阶段的诸多研究已经证明，在深水气井测试过程中初开井阶段和关井阶段是水合物形成堵塞风险最大的两个阶段。目前深水气井的测试工作是从避免水合物形成的角度出发制定的，而并未考虑水合物生长的过程。但是实际测试过程中，只有当水合物生长到一定程度才会影响测试工作的进行，并给后续的钻进、开采等工作带来极大的麻烦。因此，如果能够针对深水气井关井期间水合物生长情况提供一套合理的模拟方法和装置，将对测试工作制度的制定具有一定的参考意义，有利于提高经济效益，降低安全隐患。
技术实现思路
针对上述深水气井开发中存在的问题，本专利技术提供一种深水气井测试过程中关井阶段水合物生长模拟装置。利用该装置可以模拟深水气井测试地面关井过程中水合物的生长情况，得到不同含水率、温度、压力等条件下水合物生长规律，从而用于研究深水气井测试“二开二关”生产制度的可行性，为合理地制定工作制度提供参考。本专利技术的技术方案如下：一种深水气井测试过程中地面关井阶段水合物生长模拟装置，由反应管柱、恒温控制系统、天然气供气系统、天然气增压系统、供液系统、排泄系统、参数监测及数据采集系统及计算机终端组成；其中：所述反应管柱为水和天然气反应提供场所，其下端分别与所述供液系统、所述天然气增压系统管道连接；所述天然气增压系统与所述天然气供气系统管道连接；所述反应管柱的上端与所述排泄系统管道连接；所述天然气供气系统用于向反应管柱内注入天然气；所述天然气增压系统用于增压所述天然气供气系统提供的天然气，及将反应管柱抽真空；所述供液系统用于向反应管柱内注入液体，并维持反应管柱内液面高度；所述排液系统用于排泄反应结束后的天然气和液体；所述恒温控制系统包括设置于所述反应管柱上的局部温度控制装置、内置反应管柱的第一温控槽、及内置所述供液系统和所述天然气供气系统的第二温控槽；所述恒温控制系统用于控制反应管柱的温度梯度和整体温度，及供液系统和天然气供气系统的温度；所述参数监测及数据采集系统通过设置于各待测系统的传感器将数据传送至计算机终端。通过上述各系统的相互配合，可以最大程度模拟深水气井测试过程中地面关井阶段的水合物生长情况，从而得到不同含水率、温度、压力等条件下水合物生长规律，有利于研究深水气井测试“二开二关”生产制度的可行性，为合理地制定工作制度提供参考。下面针对各系统做详细说明：所述反应管柱包括两种：一种是采用能够承受至少30MPa压力的不锈钢材料制成的反应管柱；另一种是采用能够承受至少10MPa压力的蓝宝石或者高强度玻璃制成的可视化反应管柱。所述反应管柱上下两端均安装有法兰，下端法兰堵头设一个接口，所述接口分别与所述天然气增压系统、供液系统相连。所述反应管柱釜体上留有用于安装各类传感器的位置。可视化反应管柱侧面安置一个摄像机对反应管柱内的水合物生长情况进行拍摄记录，并将影像信息传输给计算机。不锈钢材质制成的反应管柱则通过水合物厚度测量传感器测量水合物层生长厚度，通过计算机记录水合物生长数据。反应管柱主要为水合物生成提供场所，生成的水合物会附着在反应管柱壁上。所述恒温控制系统主要包含有两个温控槽及一个安置在反应管柱上的局部温度控制装置。所述温控槽中一个用于调节控制注入反应管柱内的水和天然气温度，一个用于控制反应管柱的整体环境温度。所述局部温度控制装置用于调节反应管柱内不同位置的温度使其模拟深水测试过程中测试管柱内温度场分布，从而控制水合物生长速度、控制水蒸发速度。所述温度分布场并不是单一递增或单一递减的温度梯度，而是分成两段(即从海平面到泥线温度递减，从泥线到气藏深度温度递增)。所述局部温度控制装置通过两段温度调节来实现对温度分布场的模拟，首先通过温控槽降低反应管柱的整体管柱温度，然后对管柱局部位置进行加热，改变管柱温度场分布，模拟现场实际情况。针对不通气藏、不同海洋，可能会有不同的温度，因此，所述局部温度控制装置可调节的温度范围在0-90℃之间。所述天然气供气系统用于向反应管柱内注入实验天然气气体，主要包括一个气罐和一个进气阀；所述天然气增压系统主要包括一个增压泵和一个真空泵。所述增压泵用于增压来自于所述天然气供气系统输出的天然气并调整反应管柱内反应压力。所述天然气供气系统中输出的气体首先经过所述天然气增压系统的增压泵增压再注入反应管柱中。所述真空泵用于在气体注入之前将反应管柱内抽至真空状态。所述供液系统主要包括一个进液阀、一个电动泵及一个供水罐。所述供液系统用于给反应管柱内提供液体，维持反应管柱内液面高度。所述排泄系统主要包括有一个排泄阀和一个泄水罐。所述参数监测及数据采集系统主要包括一个气体流量计、一个液体流量计、一个液体温度传感器、四个温度传感器、两个气体压力传感器、一个水合物层超声波厚度传感器、一个湿度计。所述参数监测及数据采集系统用于监测反应管柱内气体和液体消耗情况、温度压力湿度变化情况、反应管柱内壁上水合物层的厚度、反应时间等参数并采集传输给计算机终端。本专利技术中所有管道连接方式均采用抗高压不锈钢管线。本专利技术还进一步提供了利用上述模拟装置判断水合物形成风险程度的方法：在反应管柱内，水合物以贴壁方式生长，并以水合物层的形式逐渐增厚。水合物层优先在管柱内模拟泥线处的部位生长，管柱各个部位水合物贴壁生长速度不同。如果在关井时间内，水合物层生长并彻底堵塞井筒，则该温度压力条件下，不适宜使用地面关井形式，应尽量减少开关井次数，根据实际情况采取水合物抑制措施。如果水合物层形成一定厚度但尚未堵塞整个管柱，可以根据再次开井后的情况来判断是否构成堵塞风险。具体判断方法如下：假设管壁水合物厚度为d，则该处气体流动剖面半径为R＝(L-2d)/2，气体流动速度为：式中L为井筒直径，m；Q为气体流量，m3/d。则壁面水合物颗粒所受合力为：F＝Ff-Gcosθ-Fc将重力、拖曳力等代入可得当水合物颗粒处于受力平衡临界状态时，合力F＝0，则有此时气体流动截面半径为：此时水合物厚度当R>r时，表明随着气体流态面积减小，再次开井定产量Q情况下，井筒内气体流速增加，对应拖曳力增加，井筒内水合物无法形成凝聚堵塞。当R<r时，表明在该开井产量下拖曳力无法将水合物携带至井口，会在井筒内形成堵塞。本专利技术所述方案的技术效果在于：(1)利用双重温度控制系统，包括温控槽和局部温度控制装置模拟关井期间井筒内温度场分布，使得水合物生成区域与反应管柱釜底水蒸发区域温度区分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，其特征在于，由反应管柱、恒温控制系统、天然气供气系统、天然气增压系统、供液系统、排泄系统、参数监测及数据采集系统及计算机终端组成；其中：所述反应管柱为水和天然气反应提供场所，其下端分别与所述供液系统、所述天然气增压系统管道连接；所述天然气增压系统与所述天然气供气系统管道连接；所述反应管柱的上端与所述排泄系统管道连接；所述恒温控制系统包括设置于所述反应管柱上的局部温度控制装置、内置反应管柱的第一温控槽、及内置所述供液系统和所述天然气供气系统的第二温控槽；所述参数监测及数据采集系统通过设置于各待测系统的传感器将数据传送至计算机终端。

【技术特征摘要】
1.一种深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，其特征在于，由反应管柱、恒温控制系统、天然气供气系统、天然气增压系统、供液系统、排泄系统、参数监测及数据采集系统及计算机终端组成；其中：所述反应管柱为水和天然气反应提供场所，其下端分别与所述供液系统、所述天然气增压系统管道连接；所述天然气增压系统与所述天然气供气系统管道连接；所述反应管柱的上端与所述排泄系统管道连接；所述恒温控制系统包括设置于所述反应管柱上的局部温度控制装置、内置反应管柱的第一温控槽、及内置所述供液系统和所述天然气供气系统的第二温控槽；所述参数监测及数据采集系统通过设置于各待测系统的传感器将数据传送至计算机终端。2.根据权利要求1所述的深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，其特征在于，所述反应管柱分两种：一种是采用能够承受至少30MPa压力的不锈钢材料制成的反应管柱；另一种是采用能够承受至少10MPa压力的蓝宝石或者高强度玻璃制成的可视化反应管柱。3.根据权利要求1或2所述的深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，其特征在于，所述恒温控制系统中的局部温度控制装置调节温度范围在0-90℃之间。4.根据权利要求1-3任一所述的深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置，其特征在于，所述天然气供气系统包括一个气罐...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩松，李相方，周云健，李轶明，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11