一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，该装置由储液罐、容积泵、阀门、单向阀、液体流量计、压力表、气泡发生器、钻杆、旋转电机、井筒、气体流量计、电磁阀、空气压缩机、甲烷瓶、氮气瓶、回压阀、气体量筒组成；气体流动空间为钻柱和井筒组成的环形空间，钻转在旋转电机带动下以不同转速旋转，模拟钻井时钻柱旋转环境；通过改变从井筒上方注入到井筒内的不溶解于油基钻井液的氮气，可改变井筒中的压力；通过电磁阀在甲烷和氮气注入管线上的同步一开一关，实现甲烷和氮气的切换注入。本发明专利技术克服了现有装置不能测量具有环空结构且钻转旋转下气体在油基钻井液中溶解速度的问题，具有结构简单，操作方便的优点。

An experimental device for measuring the dissolution rate of gas in oil-based drilling fluid during gas influx

【技术实现步骤摘要】
一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置
本专利技术涉及一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，涉及到石油与天然气钻井领域。
技术介绍
在钻井过程中，泵失效、套管压力降低或起钻抽吸等都会造成井底压力比地层压力低，使得井筒处于欠平衡状态，可能会引发气侵。若气侵处理不当，会导致井涌或井喷等钻井事故，损失巨大。气侵有效监测及处理的关键在于井筒压力的准确预测及有效控制。对于油基钻井液钻井发生气侵事故时，气体并非瞬时全部溶解于油基钻井液中的，而是以一定速度逐渐溶解于油基钻井液中。气体向油基钻井液内的溶解速度影响着不同时刻井筒内的自由气和溶解气的分布比例，从而对井筒内流体重力压降和摩擦压降产生影响，最终影响井筒压力的大小。因此，合理分析钻井过程中侵入气体在油基钻井液中的溶解速度是准确预测气侵后井筒压力的前提。气体类型、温度、压力、气-液界面大小和扰动程度是影响气体在油基钻井液中溶解速度的重要因素。目前的气体溶解速度测试均是在密闭容器中进行的，这类装置可以测量静态条件下不同气体类型、温度和压力下的气体溶解速度，但是不能模拟钻井过程中流体在环空中流动条件以及钻柱旋转对气-液界面更新的影响，所得到的气体溶解速度与钻井气侵过程中的实际情况存在差异。为了更准确的测量在钻井气侵过程中的气体溶解速度，就需要设计相应的实验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为了提供一种可以测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，可以有效测定油基钻井液钻井发生气侵时气体在油基钻井液中的溶解速度。一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，由储液罐1、容积泵2、阀门3、单向阀4、液体流量计5、压力表6、气泡发生器7、钻杆8、旋转电机9、井筒10、气体流量计11、单向阀12、电磁阀13、空气压缩机14、甲烷瓶15、氮气瓶16、空气压缩机17、电磁阀18、阀门19、阀门20、压力表21、回压阀22、气体流量计23、气体量筒24组成。储液罐1、容积泵2与井筒10连通，容积泵2从储液罐1中将油基钻井液泵注到井筒10中；利用阀门3关闭或打开液体注入线路；利用单向阀4防止井筒10中的流体回流到储液罐1中；利用液体流量计5测量泵注的液体总量；利用压力表6测量井筒中的压力；甲烷瓶15、空气压缩机14与井筒10连通，空气压缩机14从甲烷瓶15中将甲烷气体泵注到井筒10中，用于模拟气体在油基钻井液中的溶解过程；利用单向阀12防止井筒10中的流体回流到甲烷瓶15中；利用气体流量计11测量气体的泵注速率；氮气瓶16、空气压缩机17与井筒10连通，空气压缩机17从氮气瓶16中将氮气泵注到井筒10中；利用阀门19和阀门20的开关实现氮气从井筒上方注入和从井筒下方注入；利用电磁阀13和电磁阀18同时的一开一关，实现甲烷气体和氮气气体的切换注入；利用气泡发生器7将注入井筒的气体分散，形成均匀分布的气体；钻杆8与旋转电机9连接，钻杆8在旋转电机9带动下实现旋转，模拟钻井过程中的钻柱旋转；利用回压表21测量井筒出口的压力；利用回压阀22的开度调节维持井筒10内的压力恒定；利用气体流量计23测量环空出口的气相排量；利用气体量筒24收集排出的气体并测量标准状况下的气体体积。所述一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，其中：钻柱8与旋转电机9连接，并与井筒10位于同心位置；所述一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，其中：气泡发生器7在井筒的最下部，为一块均匀分布孔隙的圆板；所述一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，其中：氮气注入线路分别连接井筒10的上部和下部。所述一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，其中：电磁阀13和18可以实现同时的一开一关。本专利技术由于采取以上技术方案，可以达到以下有益效果：(1)氮气瓶16、空气压缩机17与井筒10连通，通过从上方注入氮气，可以增加井筒10内的压力，从而改变实验测试的压力条件；(2)通过改变空气压缩机14、空气压缩机17的转速，可以调节气体注入到井筒10内的排量，从而模拟不同的气侵强度条件；(3)钻杆8在旋转电机9的带动下可以实现旋转，模拟钻井过程中的钻柱旋转过程及其对气体溶解速度的影响；(4)利用电磁阀13和18同时的一开一关，以实现甲烷气体和氮气气体的切换注入；(5)钻杆8可以替换为不同外径的钻杆，从而模拟不同尺寸的环形空间。附图说明图1是本专利技术一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置的结构示意图。图中：1储液罐、2容积泵、3阀门、4单向阀、5液体流量计、6压力表、7气泡发生器、8钻杆、9旋转电机、10井筒、11气体流量计、12单向阀、13电磁阀、14空气压缩机、15甲烷瓶、16氮气瓶、17空气压缩机、18电磁阀、19阀门、20阀门、21压力表、22回压阀、23气体流量计、24气体量筒。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。本专利技术一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，包括：1储液罐、2容积泵、3阀门、4单向阀、5液体流量计、6压力表、7气泡发生器、8钻杆、9旋转电机、10井筒、11气体流量计、12单向阀、13电磁阀、14空气压缩机、15甲烷瓶、16氮气瓶、17空气压缩机、18电磁阀、19阀门、20阀门、21压力表、22回压阀、23气体流量计、24气体量筒。具体实施方式为：第一步：打开阀门3、电磁阀18、回压阀22，关闭电磁阀13、阀门19、阀门20；第二步：打开容积泵2从储液罐1中向井筒10内注入一定量的油基钻井液，使用液体流量计5计量泵注的液体总量，当井筒10内的液体总量等于设定的注入量时，液体注入完毕，关闭阀门3、回压阀22；第三步：打开阀门19，打开空气压缩机17从氮气瓶16中抽取氮气，沿井筒10上方注入氮气，使用压力表6测定井筒压力，当井筒10内压力等于预定压力时，氮气注入完毕，关闭阀门19；第四步：打开阀门20，打开空气压缩机17从氮气瓶16中抽取氮气，沿井筒10下方以设定排量向井筒10内注入氮气，打开回压阀22并调节阀门的开度以维持井筒10内的压力恒定，使用气体流量计11和23监测氮气入口和出口的排量，当入口和出口排量相等时，表示气体达到稳定流动阶段；第五步：打开旋转电机9，按照设定转速带动钻杆8旋转；第六步：同时打开电磁阀13和关闭电磁阀18，打开空气压缩机14从甲烷瓶15中抽取甲烷，以和氮气相同的注入排量向井筒10内注入甲烷，调节回压阀22的开度以维持井筒10内的压力恒定，利用气体流量计11和气体流量计23测量甲烷气体的注入排量和出口排量；第七步：当气体流量计23测量得到的甲烷气体出口排量不再变化时，实验测试结束，关闭电磁阀13，打开回压阀22，将井筒10内的全部流体排出；第八步：通过绘制甲烷入口-出口气体排量差和时间的关系曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，由储液罐1、容积泵2、阀门3、单向阀4、液体流量计5、压力表6、气泡发生器7、钻杆8、旋转电机9、井筒10、气体流量计11、单向阀12、电磁阀13、空气压缩机14、甲烷瓶15、氮气瓶16、空气压缩机17、电磁阀18、阀门19、阀门20、压力表21、回压阀22、气体流量计23、气体量筒24组成；其特征在于通过改变氮气从井筒10上部注入的氮气总量可以调节井筒10内的压力，从而测试不同压力下的气体溶解速度；通过改变空气压缩机14的转速，可以改变甲烷气体注入到井筒10内的排量，从而测试不同气体排量下的气体溶解速度；通过调节旋转电机9的转速，从而改变钻柱8的转速，进而测试不同钻柱旋转速度下的气体溶解速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，由储液罐1、容积泵2、阀门3、单向阀4、液体流量计5、压力表6、气泡发生器7、钻杆8、旋转电机9、井筒10、气体流量计11、单向阀12、电磁阀13、空气压缩机14、甲烷瓶15、氮气瓶16、空气压缩机17、电磁阀18、阀门19、阀门20、压力表21、回压阀22、气体流量计23、气体量筒24组成；其特征在于通过改变氮气从井筒10上部注入的氮气总量可以调节井筒10内的压力，从而测试不同压力下的气体溶解速度；通过改变空气压缩机14的转速，可以改变甲烷气体注入到井筒10内的排量，从而测试不同气体排量下的气体溶解速度；通过调节旋转电机9的转速，从而改变钻柱8的转速，进而测试不同钻柱旋转速度下的气体溶解速度。


2.如权利要求1所述的一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，其特征在于井筒10内存在有钻杆8...

【专利技术属性】
技术研发人员：许争鸣，宋先知，祝兆鹏，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11