一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置及使用方法，属于海洋油气勘探开发技术领域。装置包括水合物堵塞解堵系统、流体流动系统、数据实时监测传输系统、数据处理系统和反应控制系统，其中，流体流动系统内设置有水合物堵塞解堵系统，水合物堵塞解堵系统内设置有数据实时监测传输系统，水合物堵塞解堵系统连接有反应控制系统，反应控制系统和数据实时监测传输系统均连接至数据处理系统。本发明专利技术提供综合利用机械粉碎法、加热法和注入水合物抑制剂法清除深水气井中水合物堵塞，同时产出天然气水合物堵塞解堵后的天然气，防止水合物二次生成和聚集导致生产管柱底部再次发生堵塞，确保深水油气开采长期安全高效地进行。

【技术实现步骤摘要】
一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置及使用方法
本专利技术涉及一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置及使用方法，属于海洋油气勘探开发

技术介绍
深水完井过程中，井筒内由于存在低温高压环境，会生成水合物，所生成的水合物可能会造成井筒堵塞，严重时甚至可能引发安全事故。此外，井筒一旦发生水合物堵塞，则需要进行繁琐的解堵作业，会延长作业时间，增加作业成本。为避免水合物堵塞管道带来的各种危害，需要进行水合物防治，其方法主要有绝热法、加热法、注入化学药剂法等，目前最普遍的做法是向管中加入水合物抑制剂，如中国专利文件CN106194165B公开的一种深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置，该装置通过水合物抑制剂注入管线和水合物抑制剂注入接头，向测试管柱内注入水合物抑制剂。而水合物抑制剂分为热力学抑制剂、动力学抑制剂和防聚集剂。热力学抑制剂通过降低水分子的活性，使水合物平衡曲线向较高压力和较低温度移动。常用的热力学抑制剂可分为盐类抑制剂和醇类抑制剂，动力学抑制剂主要通过特殊结构形成氢键与水合物晶体结合，影响水合物的结晶过程，阻止晶核生长，延缓水合物形成的时间(即增加水合物的诱导时间)，使管线中的流体可以在低于水合物形成温度下流动，而不会产生水合物堵塞问题。这类抑制剂的突出优点是加入浓度低，通常小于3wt％。已开发的动力学抑制主要有水溶性聚合物，包括酰胺类聚合物、酮类聚合物亚胺类聚合物和共聚物等。动力学抑制剂在应用中面临的问题是抑制活性偏低，通用性差，受外界环境影响较大。水合物的防治要与具体的工况条件结合起来，深水钻井、完井、测试、生产及集输等作业在流动特征、作业时间等方面具有显著的差别，为此提出本专利技术，在深水气田开发过程中，综合常规油气开发中采用的防治水合物堵塞的方法，制定应用于深水气井天然气水合物堵塞的解堵装置，确保深水油气开采的长期安全高效地进行。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，综合利用机械粉碎法、加热法和注入水合物抑制剂法清除深水气井中水合物堵塞，同时产出天然气水合物堵塞解堵后的天然气，防止水合物二次生成和聚集导致生产管柱底部再次发生堵塞，确保深水油气开采长期安全高效地进行。本专利技术还提供上述深水气井天然气水合物堵塞解堵装置的使用方法。本专利技术的技术方案如下：一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，包括水合物堵塞解堵系统、流体流动系统、数据实时监测传输系统、数据处理系统和反应控制系统，其中，流体流动系统内设置有水合物堵塞解堵系统，水合物堵塞解堵系统内设置有数据实时监测传输系统，水合物堵塞解堵系统连接有反应控制系统，反应控制系统和数据实时监测传输系统均连接至数据处理系统。优选的，流体流动系统包括环空管道，环空管道内部中间设置有隔层，隔层一侧的环空管道用于通入水合物抑制剂，隔层另一侧的环空管道用于排出天然气水合物。进一步优选的，隔层一侧的环空管道下方设置有第一单向阀，保证水合物抑制剂单向向下流动，隔层另一侧的环空管道下方设置有第二单向阀，保证天然气水合物可以单向向上排出。优选的，环空管道为凸形管道，方便环空管道进入井筒，避免整个环空管道与井筒内壁接触，增大摩擦力，环空管道外侧下端设置橡胶圈，保证密封。优选的，水合物堵塞解堵系统包括钻头、电动机和加热板，加热板设置于环空管道下端，加热板上设置有电动机，钻头穿过加热板连接至电动机，电动机和加热板均通过反应控制系统连接至数据处理系统。优选的，数据实时监测传输系统包括井下监测装置和井口监测装置，井下监测装置包括温度传感器、压力传感器和温压传感器，温度传感器和压力传感器均设置于加热板上，温压传感器设置于井筒底部，温度传感器和压力传感器用于监测处于天然气水合物上部的温度和压力，根据该处温度、压力数据实时调整系统工作状态，温压传感器用于实时监测水合物堵塞处下方的温度和压力，温度传感器、压力传感器和温压传感器均连接至数据处理系统；井口监测装置包括温度计、压力计和流量计，温度计、压力计和流量计均设置于井筒出口管道上，井筒出口管道连接至环空管道排出天然气水合物的一侧，监测井口产出流体的温度、压力及流量(包括气体流量和液体流量)，温度计、压力计和流量计监测到的数据直接传输给数据处理系统。优选的，反应控制系统包括水合物抑制剂注入装置、钻头转速控制装置和加热板功率控制装置；水合物抑制剂注入装置包括：信号执行机构c、水合物抑制剂储罐和注入泵，水合物抑制剂储罐通过注入泵连接至环空管道，注入泵通过信号执行机构c连接至数据处理系统；钻头转速控制装置包括：信号执行机构a、光电调节器a和光纤接口a，电动机依次通过光纤接口a、光电调节器a和信号执行机构a连接至数据处理系统；信号执行机构a接收数据处理系统发出的井下钻头转速调节指令，光电调节器a将指令由电信号转换为光信号，并通过光纤接口a及光缆传输至电动机，调节井下钻头转速，进而调节水合物破碎速率。加热板功率控制装置包括：信号执行机构b、光电调节器b和光纤接口b，加热板依次通过光纤接口b、光电调节器b和信号执行机构b连接至数据处理系统；信号执行机构b接收数据处理系统发出的加热板功率调节指令，光电调节器b将指令由电信号转换为光信号，并通过光纤接口b及光缆传输至加热板，调节加热板功率，进而调节加热板温度。优选的，数据处理系统为计算机控制系统，计算机控制系统通过光电调节器c和光纤接口c连接至井下监测装置。上述深水气井天然气水合物堵塞解堵装置的使用方法，操作步骤如下：(1)监测堵塞位置处温度和压力当深水气井中发生水合物堵塞后，地面牵引装置通过柔性钢丝绳向井筒内下放解堵装置至堵塞处，通过数据实时监测传输系统实时监测数据变化：①在第一单向阀和第二单向阀关闭的前提下，通过压力传感器监测堵塞位置处的压力值P1，并将压力传感器监测到的数据通过光纤接口c和光电解调器c传输到数据处理系统，同时温压传感器监测堵塞位置下部的压力P2；②在第一单向阀和第二单向阀关闭的前提下，通过温度传感器测量堵塞位置的温度T1，温度传感器监测到的数据传输到数据分析处理系统；③根据测得的堵塞位置处的压力大小P2，通过水合物相平衡曲线计算得到水合物的相平衡温度T2；(2)计算水合物抑制剂注入浓度根据监测的数据，数据处理系统计算防止水合物在堵塞位置再次生成所需的水合物抑制剂注入浓度，注入浓度由Hammerschmidt公式确定：式中，X为液态水相中水合物抑制剂重量百分数；ΔT为水合物形成的温降，单位为K；M为水合物抑制剂的摩尔分子质量，g/mol；Ki为常数。(3)确定钻头速率水合物堵塞解堵系统中，钻头的作用为通过施加压力、摩擦生热来破碎堵塞的水合物，由于堵塞水合物的厚度不同、部分物理性质不同，破碎过程中的钻压、转速、钻头的磨损程度不同，钻速需及时做出调整，调整步骤如下；①钻压对钻速的影响通过钻压与钻速的关系曲线，得知本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，包括水合物堵塞解堵系统、流体流动系统、数据实时监测传输系统、数据处理系统和反应控制系统，其中，/n流体流动系统内设置有水合物堵塞解堵系统，水合物堵塞解堵系统内设置有数据实时监测传输系统，水合物堵塞解堵系统连接有反应控制系统，反应控制系统和数据实时监测传输系统均连接至数据处理系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，包括水合物堵塞解堵系统、流体流动系统、数据实时监测传输系统、数据处理系统和反应控制系统，其中，
流体流动系统内设置有水合物堵塞解堵系统，水合物堵塞解堵系统内设置有数据实时监测传输系统，水合物堵塞解堵系统连接有反应控制系统，反应控制系统和数据实时监测传输系统均连接至数据处理系统。


2.如权利要求1所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，流体流动系统包括环空管道，环空管道内部中间设置有隔层，隔层一侧的环空管道用于通入水合物抑制剂，隔层另一侧的环空管道用于排出天然气水合物。


3.如权利要求2所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，隔层一侧的环空管道下方设置有第一单向阀，隔层另一侧的环空管道下方设置有第二单向阀。


4.如权利要求3所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，环空管道为凸形管道，环空管道外侧下端设置橡胶圈。


5.如权利要求4所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，水合物堵塞解堵系统包括钻头、电动机和加热板，加热板设置于环空管道下端，加热板上设置有电动机，钻头穿过加热板连接至电动机，电动机和加热板均通过反应控制系统连接至数据处理系统。


6.如权利要求5所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，数据实时监测传输系统包括井下监测装置和井口监测装置，井下监测装置包括温度传感器、压力传感器和温压传感器，温度传感器和压力传感器均设置于加热板上，温压传感器设置于井筒底部，温度传感器、压力传感器和温压传感器均连接至数据处理系统；
井口监测装置包括温度计、压力计和流量计，温度计、压力计和流量计均设置于井筒出口管道上，井筒出口管道连接至环空管道排出天然气水合物的一侧。


7.如权利要求6所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，反应控制系统包括水合物抑制剂注入装置、钻头转速控制装置和加热板功率控制装置；
水合物抑制剂注入装置包括：信号执行机构c、水合物抑制剂储罐和注入泵，水合物抑制剂储罐通过注入泵连接至环空管道，注入泵通过信号执行机构c连接至数据处理系统；
钻头转速控制装置包括：信号执行机构a、光电调节器a和光纤接口a，电动机依次通过光纤接口a、光电调节器a和信号执行机构a连接至数据处理系统；
加热板功率控制装置包括：信号执行机构b、光电调节器b和光纤接口b，加热板依次通过光纤接口b、光电调节器b和信号执行机构b连接至数据处理系统。


8.如权利要求7所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置，其特征在于，数据处理系统为计算机控制系统，计算机控制系统通过光电调节器c和光纤接口c连接至井下监测装置。


9.一种如权利要求8所述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置的使用方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)监测堵塞位置处温度和压力
当深水气井中发生水合物堵塞后，地面牵引装置通过柔性钢丝绳向井筒内下放解堵装置至堵塞处，通过数据实时监测传输系统实时监测数据变化：
①在第一单向阀和第二单向阀关闭的前提下，通过压力传感器监测堵塞位置处的压力值P1，并将压力传感器监测到的数据通过光纤接口c和光电解调器c传输到数据处理系统，同时温压传感器监测堵塞位置下部的压力P2；

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，范雪，刘弘民，胡俊杰，柯灿，李泽钦，张剑波，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37