本发明专利技术公开了一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置，所述装置内的混合物进口依次与混合漏斗、第八球阀、液体流量计、加压泵、钻井液储罐、小型三相分离器、混合物出口相连；内管与旋转缩进装置、缩进管、小型钻头相连，外管的一端与可拆卸接头相连，另一端与水浴控温装置、储砂箱相连；外管上设有7个气体进口；旋转缩进装置的一端与内管相连，另一端与缩进管相连，旋转缩进装置通过控制缩进管转动并向右伸进从而实现钻进过程。本发明专利技术操作方便，能真实的模拟出天然气水合物钻水平井钻进时储层内变化情况。时储层内变化情况。时储层内变化情况。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置
[0001]本专利技术涉及一种模拟装置，尤其是涉及一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置。
技术介绍
[0002]随着我国能源消费日益增长，天然气供给供不应求，天然气保障能力建设已成为国家战略层面的一项重大举措。近年来，天然气水合物不断引人关注，并于2017年成为我国一个新型矿种，它是甲烷等烃类气体与水在一定温度、压力条件下形成的白色结晶状笼形化合物。1m3天然气水合物可以分解为0.8m3水和164m3甲烷气体(标况下)，其具有资源量大、分布广、热值高的显著特点，主要分布在陆地冻土区岩石孔隙和海底浅表层沉积物中，也可以散布于海底表面。天然气水合物被认为是继页岩气、致密气、煤层气之后潜力巨大的接替能源，其开发利用具有重大战略意义，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》、《能源发展战略行动计划(2014～2020年)》、《能源技术革命创新行动计划(2016～2030年)》等均提出加快天然气水合物勘探和开发技术攻关与突破、积极进行钻采试验。
[0003]对于海洋天然气水合物开采时，钻井液不断从钻柱注入井底并沿环空返出井口，由于水合物储层原始温度较低，当钻进时，井筒中循环钻井液温度高于储层温度时，它不断将热量传递给水合物储层，使水合物储层温度升高，当达到储层压力条件下的水合物相平衡温度后，水合物的稳定状态将被打破，储层中的水合物将发生分解并释放出大量的甲烷气体。而未分解的水合物与岩屑混合进入井筒环空，之后随钻井液上返，在上返时环空压力持续减小，环空温度受地层和海水温度的影响由井底处低温转变为井口处高温。环空中混合流体上返至水合物相平衡位置之前，在低温、高压和流动条件的扰动作用下，部分甲烷气体和水极易生成天然气水合物；混合流体上返至水合物相平衡位置之后，在温度持续升高、压力持续降低的流动环境中，水合物将不断分解并释放大量甲烷气体和水，同时由于水合物构成了沉积物骨架主体、其分解后沉积物将完全变形和坍塌。因此，环空中随着水合物分解，岩屑颗粒将不断溃散出细小的泥砂颗粒、不断消溶、尺寸不断减小，最终水合物完全分解时岩屑颗粒完全溃散为泥砂。水合物储层由于弱胶结的沉积特点而发生溃散、坍塌，进而极易引发一系列环境、地质、装备、生产安全等风险。因此，对于开采天然气水合物时，在钻头钻进过程中，水合物储层的变化情况，压力波动情况有必要设计一种模拟装置对模拟海底钻进过程进行研究这将对今后现场实际应用具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的是提供一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置，用于研究天然气水合物钻水平井开采时，钻头钻进储层时储层内的变化情况。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置，所述测量装置由小型增氧机、第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第五球阀、第六球阀、第七球阀、气体流量计、
混合物进口、岩屑颗粒漏斗、混合漏斗、尼龙颗粒漏斗、第八球阀、液体流量计、加压泵、钻井液储罐、小型三相分离器、混合物出口、第一气体进口、第二气体进口、外管、内管、小型干燥器、第三气体进口、尼龙颗粒收集桶、岩屑颗粒收集桶、第四气体进口、第五气体进口、可拆卸接头、旋转缩进装置、缩进管、小型钻头、数据监测系统、压力传感器、模拟水合物储层、储砂箱、水浴控温装置、第六气体进口、第七气体进口、支撑柱组成；所述混合物进口依次与混合漏斗、第八球阀、液体流量计、加压泵、钻井液储罐、小型三相分离器、混合物出口相连；内管与旋转缩进装置、缩进管、小型钻头相连，外管的一端与可拆卸接头相连，另一端与水浴控温装置、储砂箱相连；外管上设有7个气体进口；旋转缩进装置的一端与内管相连，另一端与缩进管相连，旋转缩进装置通过控制缩进管转动并向右伸进从而实现钻进过程。
[0007]进一步的，所述旋转缩进装置为通过遥控器(图中未标出)控制能实现通过旋转进行缩、进的装置，其属于现有技术，在此不再赘述。
[0008]进一步的，所述外管和内管的竖直段、弯曲段为一个整体，其与水平段之间通过可拆卸接头相连。
[0009]进一步的，所述内管的直径与缩进管的直径相同，旋转缩进装置的直径比内管直径大5mm。
[0010]进一步的，所述内管的壁厚与缩进管的壁厚相同，故内径也相同；旋转缩进装置的中间为中空，内径为内管内径的0.8倍。
[0011]进一步的，所述内管与旋转缩进装置之间通过螺纹连接，缩进管与旋转缩进装置之间通过螺纹连接。
[0012]进一步的，所述储砂箱、外管和内管采用耐温度的透明太空玻璃制作而成，其作用是为了方便观察，实现可视化。
[0013]进一步的，所述钻井液储罐内装的为清水钻井液，属于现有技术，在此不再赘述。
[0014]进一步的，所述模拟水合物储层内为泥砂，模拟天然气水合物储层。
[0015]进一步的，所述储砂箱的右上角设有压力传感器，其与数据监测系统相连，用于监测钻进前后储砂箱内的模拟水合物储层内压力变化情况。
[0016]进一步的，所述外管的侧面竖直段上设有3个气体进口，弯曲段和水平段分别设有2个，这些气体进口分别通过气体流量计、球阀与小型增氧机相连，通过分别调节第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第五球阀、第六球阀、第七球阀的开度来控制第六气体进口、第七气体进口、第五气体进口、第四气体进口、第三气体进口、第二气体进口和第一气体进口进入外管与内管之间气体的量。
[0017]进一步的，所述第六气体进口、第七气体进口、第五气体进口、第四气体进口、第三气体进口、第二气体进口和第一气体进口为直径相同的气体进口。
[0018]进一步的，所述外管与储砂箱的左侧中部相连。
[0019]进一步的，所述模拟水合物储层位于储砂箱内，储砂箱被水浴控温装置包裹着。
[0020]进一步的，所述水浴控温装置用于控制储砂箱内的温度，通过在水浴控温装置内添加防冻剂，可以使水的温度达到零下10度不结冰，在模拟过程中保持水浴温度为0度；水浴控温装置属于现有技术，在此不再赘述。
[0021]进一步的，所述水浴控温装置在模拟过程中始终控制储砂箱内的温度为0度。
[0022]进一步的，所述岩屑颗粒漏斗和尼龙颗粒漏斗内的颗粒粒径都是0.5mm,分别模拟
实际钻井过程中储层产生的岩屑颗粒和水合物颗粒。岩屑混合漏斗用于混合岩屑颗粒和尼龙颗粒。
[0023]进一步的，所述支撑柱用于支撑内管，进而支撑旋转缩进装置、缩进管和小型钻头。
[0024]进一步的，所述小型钻头用于模拟实际开采天然气水合物时所用的钻头，但其尺寸通过比例缩放，其结构属于现有技术，在此不再赘述。
[0025]相较于现有技术，本专利技术的优点为：(1)通过设置旋转缩进装置将缩进管和小型钻头往右旋转伸长，实现模拟现场钻进过程；(2)通过设置水浴控温装置将储砂箱内的模拟水合物储层控制在0度，实现模拟现场天然气水合物储层开采时的实际温度，提高了模拟环境本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟天然气水合物水平井钻进时储层变化装置，其特征在于：所述装置由小型增氧机(1)、第一球阀(2)、第二球阀(3)、第三球阀(4)、第四球阀(5)、第五球阀(6)、第六球阀(7)、第七球阀(8)、气体流量计(9)、混合物进口(10)、岩屑颗粒漏斗(11)、混合漏斗(12)、尼龙颗粒漏斗(13)、第八球阀(14)、液体流量计(15)、加压泵(16)、钻井液储罐(17)、小型三相分离器(18)、混合物出口(19)、第一气体进口(20)、第二气体进口(21)、外管(22)、内管(23)、小型干燥器(24)、第三气体进口(25)、尼龙颗粒收集桶(26)、岩屑颗粒收集桶(27)、第四气体进口(28)、第五气体进口(29)、可拆卸接头(30)、旋转缩进装置(31)、缩进管(32)、小型钻头(33)、数据监测系统(34)、压力传感器(35)、模拟水合物储层(36)、储砂箱(37)、水浴控温装置(38)、第六气体进口(39)、第七气体进口(40)、支撑柱(41)组成；所述混合物进口(10)依次与混合漏斗(12)、第八球阀(14)、液体流量计(15)、加压泵(16)、钻井液储罐(17)、小型三相分离器(18)、混合物出口(19)相连；内管(23)与旋转缩进装置(31)、缩进管(32)、小型钻头(33)相连，外管(22)的一端与可拆卸接头(30)相连，另一端与水浴控温装置(38)、储砂箱(37)相连；外管(22)上设有7个气体进口；旋转缩进装置(31)的一端与内管(23)相连，另一端与缩进管(32)相连...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙万通，张苏，冯一，谭军，刘宏伟，庄文杰，王新懿，辛国霖，吴婉婷，罗诗宏，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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