评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置及方法，反应釜内部设有圆柱空腔，右侧开口处设端盖，端盖中心设声波测试杆，上部设上进液口和上进出气口，下部设下进气口，外壁设反应釜夹套，内设钻井液流动模拟装置和气侵模拟装置，前后侧壁上均设透明窗口；气源分别与上进液口、上进出气口和下进气口连接，加压模块与反应釜连接，温度测试模块包括多个温度传感器，声波测试模块包括分设于反应釜左右两侧的声波发射装置和声波接收装置，反应釜的左右两侧壁分别安装有与之相连的声波发射探头和声波接收探头，声波接收装置设于声波测试杆上；光学测试模块包括光学发射装置和光学接收装置，分设于两个透明窗口的外部。外部。外部。

【技术实现步骤摘要】
评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及天然气水合物与石油天然气开发的
，尤其涉及一种评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物广泛分布于海洋大陆边缘，被认为是21世纪最有潜力替代常规石油天然气的清洁能源。但是海洋天然气水合物地层水平井钻进过程中，水平井井周地层中可能存在的游离气和钻进水合物地层时钻屑或井壁地层中水合物分解所产生的气体与水，会以不同方式与速率侵入水平井井内钻井液中而影响其密度、流变等性能。而且，当水平井井内温压条件达到水合物形成条件时，会在井内钻井液中出现水合物成核、生长与聚集的水合物相变现象。上述情况都会在不同程度上影响甚至不利于安全钻井，尤其是当遇到台风等极端情况而长时间停钻关井时，钻井安全风险更是会随井内形成水合物可能性的增加而大大增高。
[0003]对于水平井正常钻进与异常停钻情况，井底钻井液循环情况(静止或流动)与气侵情况(钻屑或地层中水合物的分解气体或井周地层游离气以不同方式与速率进入井内)等均直接影响钻井液自身内部及其与井壁周围地层之间的传热传质过程，进而影响其中发生水合物相变时所伴随的传热传质过程。同时，上述复杂传热传质过程的发生会引起钻井液密度、温度、吸光度、黏度等性质随时间与空间发生变化，这使得钻井液呈现出动态的传热、声学与光学等宏观特性。因此，进一步了解相应情况下的钻井液传热、声学与光学宏观特性将有助于更好地认识水平井井底钻井液在水合物形成前、形成过程中和形成后这三种情况下所伴随的传热传质过程，进而为揭示其介微观内在机理奠定基础。
[0004]目前，对于上述水平井井底因发生水合物相变而引起的潜在安全风险，国内相关研究工作人员主要通过海洋水合物钻井液水合物抑制性、含水合物颗粒钻井液流变性、钻井液声学特性等宏观实验测试，结合井内温度场理论分析与数值模拟和井内水合物形成数值模拟等方法加以研究评价。现有相关研究往往存在钻井液热物性参数缺乏与釜内温度测点偏少等局限，且实验模拟实现钻屑或地层中水合物的分解气体与井周地层游离气体进入水平井井内的方式相对偏单一而不够近似，目前还没有综合传热、声学与光学实验方法同步测试钻井液相应传热、声学与光学特性的相关研究。
[0005]由于实际深水水平井钻井过程中，井内钻井液往往处于上述多种情况综合作用下的复杂状态，其中发生水合物相变时所伴随的传热传质过程及机理也尚未完全弄清。因此，非常有必要从钻井液循环情况(静止或流动)与气侵情况(气体从水平井井筒底部与顶部以单通路或双通路方式与一定速率进入)等方面出发，考虑调控钻井液流动模拟装置的搅拌杆长度、搅拌叶片类型与尺寸以及回转速率和气侵模拟装置的进气方式与进气速率等因素，针对钻井液在水合物形成前、形成过程中和形成后这三种情况下其与周围环境之间的热交换过程，研制相关评价装置从传热、声学与光学这三个关键角度进一步认识水平井钻井液中水合物形成时所伴随的传热传质过程及其机理，为深水水平井钻井过程中井内温度
场和水合物形成预测以及测井作业等相关研究与应用提供基础实验数据支撑，进而更好地防控海洋天然气水合物与油气勘探开发过程中存在的相关潜在风险。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，为了解决深水水平井钻井中气侵与潜在水合物形成情况下钻井液传热、声学与光学特性评价问题，尤其是针对钻井液流动模拟装置的不同搅拌杆长度、搅拌叶片类型与尺寸以及回转速率和气侵模拟装置的不同进气方式与进气速率等情况，并考虑钻井液传热、声学与光学特性的同步测试评价，本专利技术的实施例提供了一种评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的试验装置及方法。
[0007]本专利技术的实施例提供一种评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，包括：
[0008]反应釜，所述反应釜内部设有用于存储钻井液的圆柱空腔，所述圆柱空腔横向延伸设置，所述反应釜的右侧设有开口，所述开口处设有端盖，用于盖设所述开口，所述端盖中心螺纹连接有定量给进的声波测试杆，所述反应釜的上部设有上进液口和上进出气口，下部设有下进气口，所述反应釜的外壁套设有反应釜夹套，所述反应釜内设有钻井液流动模拟装置和气侵模拟装置以调节钻井液流动与气体侵入状态，所述反应釜的顶端设有入口，所述钻井液流动模拟装置设于所述入口的轴线上且从所述入口外延伸至所述圆柱空腔内，所述气侵模拟装置横向套设于所述反应釜的内壁，所述反应釜的前后侧壁上均设有位置相对应的透明窗口；
[0009]气源，分别与所述上进液口、所述上进出气口和所述下进气口连接，且所述气源经过所述气侵模拟装置，所述上进出气口与所述下进气口用于向所述反应釜内钻井液中通入气体，并与所述气侵模拟装置相连，以模拟钻屑或地层中水合物的分解气体与井周地层游离气体侵入；
[0010]加压模块，与所述反应釜连接，以对所述反应釜加压；
[0011]温度测试模块，包括多个温度传感器，多个所述温度传感器分别设于所述反应釜左右两侧各一垂直剖面的垂直与水平径向上的不同位置，用于测试模拟井底与钻头附近垂直剖面不同位置的温度；
[0012]声波测试模块，包括声波发射装置和声波接收装置，分设于所述反应釜左右两侧的中心位置，用于测试通过钻井液的声速与声衰减，所述反应釜的左右两侧壁分别安装有声波发射探头和声波接收探头，所述声波发射装置与所述声波发射探头连接，所述声波接收装置与所述声波接收探头连接，且所述声波接收装置设于所述声波测试杆上；
[0013]以及光学测试模块，包括光学发射装置和光学接收装置，分设于两个所述透明窗口的外部，用于测试通过钻井液的光学吸光度。
[0014]进一步地，还包括缓冲罐，所述缓冲罐设于所述气源和所述反应釜之间，所述气源通过管路依次连接所述缓冲罐、所述上进液口、所述上进出气口和所述下进气口；
[0015]其中，所述气源与所述缓冲罐之间设有第一管路，所述第一管路上设有第一压力表和第一针阀，所述缓冲罐上设有第二压力表；
[0016]所述缓冲罐与所述上进出气口之间设有第二管路和第一支路，所述第二管路上设有第二针阀和第一调压阀，所述第一支路上依次设有第三针阀、第二调压阀和第四针阀；
[0017]所述缓冲罐与所述下进气口之间设有第二支路，所述第二支路的两端分别连接所述第二管路和所述下进气口，所述第二支路上设有第五针阀、第三调压阀和单向阀。
[0018]进一步地，还包括循环浴箱和缓冲罐夹套，所述缓冲罐夹套套设于所述缓冲罐外壁，所述缓冲罐夹套通过第三管路和第四管路与所述循环浴箱连接，形成第一循环管路，所述反应釜夹套通过第五管路和第六管路与所述循环浴箱连接，形成第二循环管路。
[0019]进一步地，还包括高低温恒温箱，所述缓冲罐和所述反应釜均设于所述高低温恒温箱内。
[0020]进一步地，所述加压模块包括真空泵，所述真空泵通过第七管路连通所述上进出气口，所述第七管路与所述真空泵连接处设有第六针阀，所述第一管路远离所述真空泵一端设有回压阀，所述第七管路靠近所述回压阀一端设有第七针阀。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在于，包括：反应釜，所述反应釜内部设有用于存储钻井液的圆柱空腔，所述圆柱空腔横向延伸设置，所述反应釜的右侧设有开口，所述开口处设有端盖，用于盖设所述开口，所述端盖中心螺纹连接有定量给进的声波测试杆，所述反应釜的上部设有上进液口和上进出气口，下部设有下进气口，所述反应釜的外壁套设有反应釜夹套，所述反应釜内设有钻井液流动模拟装置和气侵模拟装置以调节钻井液流动与气体侵入状态，所述反应釜的顶端设有入口，所述钻井液流动模拟装置设于所述入口的轴线上且从所述入口外延伸至所述圆柱空腔内，所述气侵模拟装置横向套设于所述反应釜的内壁，所述反应釜的前后侧壁上均设有位置相对应的透明窗口；气源，分别与所述上进液口、所述上进出气口和所述下进气口连接，且所述气源经过所述气侵模拟装置，所述上进出气口与所述下进气口用于向所述反应釜内钻井液中通入气体，并与所述气侵模拟装置相连，以模拟钻屑或地层中水合物的分解气体与井周地层游离气体侵入；加压模块，与所述反应釜连接，以对所述反应釜加压；温度测试模块，包括多个温度传感器，多个所述温度传感器分别设于所述反应釜左右两侧各一垂直剖面的垂直与水平径向上的不同位置，用于测试模拟井底与钻头附近垂直剖面不同位置的温度；声波测试模块，包括声波发射装置和声波接收装置，分设于所述反应釜左右两侧的中心位置，用于测试通过钻井液的声速与声衰减，所述反应釜的左右两侧壁分别安装有声波发射探头和声波接收探头，所述声波发射装置与所述声波发射探头连接，所述声波接收装置与所述声波接收探头连接，且所述声波接收装置设于所述声波测试杆上；以及光学测试模块，包括光学发射装置和光学接收装置，分设于两个所述透明窗口的外部，用于测试通过钻井液的光学吸光度。2.如权利要求1所述的评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在于，还包括缓冲罐，所述缓冲罐设于所述气源和所述反应釜之间，所述气源通过管路依次连接所述缓冲罐、所述上进液口、所述上进出气口和所述下进气口；其中，所述气源与所述缓冲罐之间设有第一管路，所述第一管路上设有第一压力表和第一针阀，所述缓冲罐上设有第二压力表；所述缓冲罐与所述上进出气口之间设有第二管路和第一支路，所述第二管路上设有第二针阀和第一调压阀，所述第一支路上依次设有第三针阀、第二调压阀和第四针阀；所述缓冲罐与所述下进气口之间设有第二支路，所述第二支路的两端分别连接所述第二管路和所述下进气口，所述第二支路上设有第五针阀、第三调压阀和单向阀。3.如权利要求2所述的评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在于，还包括循环浴箱和缓冲罐夹套，所述缓冲罐夹套套设于所述缓冲罐外壁，所述缓冲罐夹套通过第三管路和第四管路与所述循环浴箱连接，形成第一循环管路，所述反应釜夹套通过第五管路和第六管路与所述循环浴箱连接，形成第二循环管路。4.如权利要求3所述的评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在于，还包括高低温恒温箱，所述缓冲罐和所述反应釜均设于所述高低温恒温箱内。5.如权利要求2所述的评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在
于，所述加压模块包括真空泵，所述真空泵通过第七管路连通所述上进出气口，所述第七管路与所述真空泵连接处设有第六针阀，所述第一管路远离所述真空泵一端设有回压阀，所述第七管路靠近所述回压阀一端设有第七针阀。6.如权利要求1所述的评价深水水平井气侵钻井液热声光特性的实验装置，其特征在于，所述气侵模拟装置由依次套设的外层薄壁管、中层薄壁管和内层薄筛管组成，所述气侵模拟装置在所述上进出气口、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凌，王荣璟，刘天乐，宁伏龙，卢春华，孙嘉鑫，欧文佳，方长亮，雷刚，黄满，刘志超，吴翔，蒋国盛，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：