CN114517654A - 一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然气水合物开采技术领域，公开了一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统，其特征在于，包括水池、底部振动系统、油管、采气树本体、侧向波动模拟系统、井下机器人控制面板、传感器、压力计、流量计、水合物运输泵、天然气水合物合成装置、数据分析系统、控制系统。其中底部振动模拟系统位于水池底部，上部安放井口采气树。侧向波动模拟系统位于水池边缘。井下机器人操作系统与井口控制系统连接。本发明能够模拟井口采气树系统受到横向波动和轴向振动情况下的运行条件分析，更加贴合深水真实生产环境。能够模拟井下机器人控制系统对井口采气树的控制，可以验证复杂工况条件下的控制精度，实现实时调整和纠错。
Description
技术领域
本发明属于天然气水合物开采技术领域，尤其涉及一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统。
背景技术
海洋是未来能源开发的巨大聚宝盆，而深海是开发的主战场。在海洋能源中，天然气水合物作为一种重要的非常规天然气能源，是科技创新的前沿和重点技术攻关的方向，是未来重要的接替战略能源。突破天然气水合物勘探开发关键技术，早日实现商业化开采具备十分重要的意义。
天然气水合物开采过程中井下生产系统是关键节点，主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统。井下生产系统在进入海洋测试前，需要完成室内实验测试和分析。现有技术无法实现模拟天然气水合物井口采气树生产系统真实运行环境和不同运行工况，难以失效有效监测数据和深度模拟分析；无法模拟海洋环境海水波动对井口采气树稳定性的影响；难以模拟海洋真实环境中腐蚀强度影响，影响长期使用寿命，增加生产安全风险。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统来模拟海洋真实运行环境，通过室内运行实验进行多种工况测试，分析井口采气树系统的稳定性、抗腐蚀性和流动保障能力，为深海环境开采作技术准备。
本发明通过以下技术方案来实现：一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统，包括水池、底部振动系统、油管、采气树本体、侧向波动模拟系统、井下机器人控制面板、传感器、压力计、流量计、水合物运输泵、天然气水合物合成装置、数据分析系统、控制系统。其中底部振动模拟系统位于水池底部，上部安放井口采气树。侧向波动模拟系统位于水池边缘。水合物运输泵与井口采气树生产管线和环空管线连接。井下机器人操作系统与井口控制系统连接。
优选地，所述水池为正方形水池，深度必须大于30m，采用混凝土浇筑而成，具有足够的海水容纳体积，具备长时间测试的能力。
优选地，所述天然气水合物合成系统通过泵将合成的天然气水合物泵入到井口采气树底部，能够实现不同组分和不同含砂浓度的气液固三相混合输入。天然气水合物泵入管线上有压力表和流量计，能够测试进入到井口采气树的温度和压力。
优选地，所述底部振动模拟系统位于水池中央，能够进行不同频率的振动，模拟开采过程中轴向振动对井口采气树稳定性的影响。
优选地，所述侧向波动模拟系统位于水池边缘，能够产生波动脉冲，使得水池中的液体能够呈现不同幅度地波动，模拟深水环境中海水波动对井口采气树的影响。
优选地，所述井下机器人控制面板与井口采气树连接，通过控制系统13给定不同操作指令，井下机器人操作系统在水下开展不同操作。
优选地，所述数据分析系统采集井口采气树上的各种工况条件下的运行数据，分析井口采气树的各项指标。
本发明具有以下优点：
1、模拟环境真实，能够模拟井口采气树系统受到横向波动和轴向振动情况下的运行条件分析，验证井口采气树稳定性，更加贴合深水真实生产环境，提高模拟运行实验可靠程。
2、能够模拟井下机器人控制系统对井口采气树的控制，可以验证复杂工况条件下的控制精度，提供控制有效性。
3、各个系统独立构成单元，便于维护和维修，能够根据模拟测试要求实时进行更换和升级，同时各个模块统一上传数据到数据分析系统，能够监测不同数据的变化，实现实时调整和纠错。
附图说明
图1是本发明实施例提供的天然气水合物小井口采气树结构示意图。
1为水池；2为底部振动系统；3为油管；4为采气树本体；5为侧向波动模拟系统；6为井下机器人控制面板；7为传感器；8为压力计；9为流量计；10为水合物运输泵；11天然气水合物合成装置；12为数据分析系统；13为控制系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统，包括水池1、底部振动系统2、油管3、采气树本体4、侧向波动模拟系统5、井下机器人控制面板6、传感器7、压力计8、流量计9、水合物运输泵10、天然气水合物合成装置11、数据分析系统12、控制系统13。其中底部振动模拟系统位于水池底部，上部安放井口采气树。侧向波动模拟系统位于水池边缘。水合物运输泵与井口采气树生产管线和环空管线连接。井下机器人操作系统与井口控制系统连接。
优选地，所述水池1为正方形水池，长宽高分别为30m*30m*40m，采用混凝土浇筑而成，具有足够的海水容纳体积，具备长时间测试的能力。
优选地，井口采气树底部油管3可以采用外径89mm，73mm，56mm等不同油管直径。
优选地，所述天然气水合物合成装置11通过水合物运输泵10将合成的天然气水合物泵入到井口采气树底部，能够实现不同组分和不同含砂浓度的气液固三相混合输入。天然气水合物泵入管线上有压力计8和流量计9，能够测试进入到井口采气树的温度和压力。
优选地，气液固三相混合输入可以采用以下几种：①含气100％，含水0％，不含砂；②含气90％，含水10％，不含砂；③含气80％，含水20％，不含砂；④含气70％，含水30％，不含砂；⑤含气60％，含水40％，不含砂；⑥含气100％，含水0％，含砂；⑦含气90％，含水10％，含砂；⑧含气80％，含水20％，含砂；⑨含气70％，含水30％，含砂；⑩含气60％，含水40％，含砂；
优选地，所述底部振动模拟系统2位于水池中央，能够进行不同频率的振动，模拟开采过程中轴向振动对井口采气树稳定性的影响。
优选地，所述侧向波动模拟系统5位于水池边缘，能够产生波动脉冲，使得水池中的液体能够呈现不同幅度地波动，模拟深水环境中海水波动对井口采气树的影响。
优选地，所述井下机器人控制面板6与井口采气树4连接，通过控制系统13给定不同操作指令，井下机器人操作系统在水下开展不同操作。
优选地，所述数据分析系统12采集井口采气树上的各种工况条件下的运行数据，分析井口采气树的各项指标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于天然气水合物井口采气树模拟运行实验系统，其特征在于，包括水池、底部振动系统、油管、采气树本体、侧向波动模拟系统、井下机器人控制面板、传感器、压力计、流量计、水合物运输泵、天然气水合物合成装置、数据分析系统、控制系统，其中底部振动模拟系统位于水池底部，上部安放井口采气树，侧向波动模拟系统位于水池边缘，水合物运输泵与井口采气树生产管线和环空管线连接，井下机器人操作系统与井口控制系统连接。
2.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述水池为正方形水池，深度必须大于30m，采用混凝土浇筑而成，具有足够的海水容纳体积，具备长时间测试的能力。
3.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述天然气水合物合成系统通过泵将合成的天然气水合物泵入到井口采气树底部，能够实现不同组分和不同含砂浓度的气液固三相混合输入，天然气水合物泵入管线上有压力表和流量计，能够测试进入到井口采气树的温度和压力。
4.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述底部振动模拟系统位于水池中央，能够进行不同频率的振动，模拟开采过程中轴向振动对井口采气树稳定性的影响。
5.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述侧向波动模拟系统位于水池边缘，能够产生波动脉冲，使得水池中的液体能够呈现不同幅度地波动，模拟深水环境中海水波动对井口采气树的影响。
6.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述井下机器人控制面板与井口采气树连接，通过控制系统13给定不同操作指令，井下机器人操作系统在水下开展不同操作。
7.如权利要求1所述的采气树模拟运行实验系统，其特征在于，所述数据分析系统采集井口采气树上的各种工况条件下的运行数据，分析井口采气树的各项指标。
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