CN203758981U - 一种可视化天然气水合物模拟试验装置 - Google Patents

一种可视化天然气水合物模拟试验装置 Download PDF

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蒋世全
许亮斌
罗洪斌
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田波
江引余
周定照
李迅科
武治强
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Abstract

本实用新型涉及一种可视化天然气水合物模拟试验装置,该装置包括一高低温试验箱,一设置在高低温试验箱内的高压反应釜,一与高压反应釜的进料口相连的进料系统,一与高压反应釜的进气口相连的气体增压系统,一与高压反应釜的出气口相连的分离系统,一设置在高压反应釜上端的成像系统,一设置在高压反应釜内的磁力搅拌系统,以及一用来监测高压反应釜内的温度和压力及监测高压反应釜的进气口和出气口处流量的数据采集与处理系统。本实用新型能够模拟真实海洋深水井的温压条件,并能精确监测反应釜内的温度和压力,通过计算机进行数据采集,能实时监测水合物生成及分解时的热力学变化,从而更精确的测量出钻井液的流变性参数。本实用新型操作简单,测量准确度高,它可以广泛应用于各类钻井液的流变性测量过程中。

Description

一种可视化天然气水合物模拟试验装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种模拟试验装置,具体涉及一种可视化天然气水合物模拟试验装置。
背景技术
[0002] 海洋深水钻井作业环境恶劣,操作条件复杂,其中之一便是钻井液中容易形成天然气水合物。天然气水合物的存在对钻井安全和完井效率有严重威胁,其不仅可能堵塞环空通道、BOP (防喷器)和凡尔/压井管线,妨碍油井的压力监控,限制钻柱活动,造成钻井事故。同时,天然气水合物的形成会消耗钻井液中的水,使重金属沉降,使钻井液粘度增大,性能下降。此外,天然气水合物返到地面时也会造成危险,甚至威胁作业人员的生命安全,因为Im3的气体水合物会产生170m3的气体,它们冲出井口时可能会造成爆炸和火灾。
[0003] 为了预防和消除气体水合物的危害,需要对气体水合物的性能进行全方面研究,包括气体水合物的理化性能、水合物的生成和分解条件等。
发明内容
[0004] 针对上述问题,本实用新型的目的是提供一种能清晰观察天然气水合物的生成及分解,并能通过监控反应釜内温度和压力的变化预测水合物生成条件的可视化天然气水合物模拟试验装置。
[0005] 为实现上述目的,本实用新型采取以下技术方案:一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,该装置包括:一高低温试验箱,一设置在所述高低温试验箱内的高压反应釜,一与所述高压反应釜的进料口相连的进料系统,一与所述高压反应釜的进气口相连的气体增压系统,一与所述高压反应釜的出气口相连的分离系统,一设置在所述高压反应釜上端的成像系统,一设置在所述高压反应釜内的磁力搅拌系统,以及一用来监测所述高压反应釜内的温度和压力及监测所述高压反应釜的进气口和出气口处流量的数据采集与处理系统。
[0006] 在一个优选的实施例中,所述进料系统主要由高压氮气瓶、钻井液储罐、调压阀及气驱液入口阀组成;所述高压氮气瓶与所述钻井液储罐的一端相连,中间设置有所述调压阀;所述钻井液储罐的另一端与所述高压反应釜的进料口相连,中间设置有所述气驱液入口阀。
[0007] 在一个优选的实施例中,所述气体增压系统主要由甲烷/天然气气瓶、气体增压泵、高压缓冲罐、压力监测表及气体入口阀组成;所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵的进气端相连,中间设置有所述压力监测表;所述气体增压泵的出气端与所述高压缓冲罐的进气端相连,所述高压缓冲罐的出气端与所述高压反应釜的进气口相连,中间设置有所述压力监测表和气体入口阀。
[0008] 在一个优选的实施例中,所述高压反应釜包括一顶部敞口、底部封闭的反应釜筒体,所述反应釜筒体的侧壁上设置有与其内部腔体相连通的进料口、进气口、出料口和出气口 ;所述反应釜筒体的底部开设有一通孔,该通孔的下方设置一下部密封盖,所述磁力搅拌系统的搅拌头穿过所述下部密封盖后由该通孔穿入所述反应釜筒体内部,并通过所述下部密封盖实现所述反应釜筒体底部的密封,所述磁力搅拌系统的驱动部分则固定在所述高低温试验箱的底部;所述反应釜筒体的顶部设置一中空的上部密封盖,所述上部密封盖内沿轴向密封连接一上部视窗,所述成像系统设置在所述上部密封盖的上方;所述反应釜筒体的出料口处设置有一液体出口阀。
[0009] 在一个优选的实施例中,所述反应釜筒体的侧壁上设置有条形视窗,且所述条形视窗外侧设置有冷光源;所述上部密封盖采用螺口式快开结构。
[0010] 在一个优选的实施例中,所述分离系统包括一分离器和气体出口阀,所述分离器的进气端与所述高压反应釜的出气口相连,中间设置有所述气体出口阀。
[0011] 在一个优选的实施例中,所述数据采集与处理系统包括设置在所述高压反应釜内温度传感器和压力传感器,设置在所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵之间的流量控制器,设置在所述分离器的出气端处的流量计,以及与所述成像系统、温度传感器、压力传感器、流量控制器和流量计电连接的计算机。
[0012] 在一个优选的实施例中,所述高低温试验箱内的温度能在-40-50°C之间任意调节。
[0013] 本实用新型由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本实用新型的高压反应釜上设有上部视窗,成像系统通过冷光源照射可清晰监测反应釜内水合物生成及分解情况。2、本实用新型由于在高压釜体内设置了磁力搅拌系统,既保证了反应釜的密封性,也能使钻井液在反应釜内的流动性,可进行动态水合物生产试验。3、本实用新型由于在高压釜体设有温度和压力传感器,能精确监测反应釜内的温度和压力,并通过计算机进行数据采集,能时时监测水合物生成及分解时的热力学变化。本实用新型能够模拟真实海洋深水井的温压条件,从而更精确的测量出钻井液的流变性参数。本实用新型操作简单,测量准确度高,它可以广泛应用于各类钻井液的流变性测量过程中。
附图说明
[0014] 以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解,附图的提供仅为了更好地理解本实用新型,它们不应该理解成对本实用新型的限制。
[0015] 图1是本实用新型的整体流程图;
[0016] 图2是本实用新型反应釜一侧的结构示意图;
[0017] 图3是本实用新型反应釜另一侧的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0019] 如图1、图2所示,本实用新型的可视化天然气水合物模拟试验装置主要由进料系统1、气体增压系统2、高压反应釜3、高低温试验箱4、成像系统5、磁力搅拌系统6、分离系统7以及数据采集与处理系统8组成。其中,进料系统I与高压反应釜3的进料口相连,气体增压系统2与高压反应釜3的进气口相连,高压反应釜3的出气口与分离系统7相连。高压反应釜3设置在高低温试验箱4内,成像系统5设置在高压反应釜3上端,磁力搅拌系统6设置在高压反应釜3内。
[0020] 如图1所示,进料系统I主要由高压氮气瓶11、钻井液储罐12、调压阀13及气驱液入口阀14组成。高压氮气瓶11与钻井液储罐12的一端相连,中间设置有调压阀13 ;钻井液储罐12的另一端与高压反应釜3的进料口相连,中间设置有气驱液入口阀14。
[0021] 气体增压系统2主要由甲烷/天然气气瓶21、气体增压泵22、高压缓冲罐23、压力监测表24及气体入口阀25组成。甲烷/天然气气瓶21与气体增压泵22的进气端相连,中间设置有压力监测表24 ;气体增压泵22的出气端与高压缓冲罐23的进气端相连,高压缓冲罐23的出气端与高压反应釜3的进气口相连,中间设置有压力监测表24和气体入口阀25。
[0022] 如图2、图3所示,高压反应爸3包括一顶部敞口、底部封闭的反应爸筒体31,反应釜筒体31的侧壁上设置有与其内部腔体相连通的进料口、进气口、出料口和出气口。反应釜筒体31的底部开设有一通孔,该通孔的下方设置一下部密封盖32,磁力搅拌系统6的搅拌头穿过下部密封盖32后由该通孔穿入反应釜筒体31内部,并通过下部密封盖32实现反应釜筒体31底部的密封,磁力搅拌系统6的驱动部分则固定在高低温试验箱4的底部。反应釜筒体31的顶部设置一中空的上部密封盖33,上部密封盖33内沿轴向密封连接一上部视窗34,成像系统5设置在上部密封盖33的上方,以通过上部视窗34监测高压反应釜3内水合物生成及分解情况。反应釜筒体31的出料口处还设置有一液体出口阀35 (如图1所示)。
[0023] 在一个优选的实施例中,反应釜筒体31的侧壁上设置有条形视窗36,条形视窗36外侧设置有冷光源37,这样通过冷光源37的照射成像系统5可更清晰高压反应釜3内实施情况。
[0024] 在一个优选的实施例中,上部密封盖33采用螺口式快开结构,从而可以方便地拆装上部密封盖33。
[0025] 如图1所示,分离系统7包括一分离器71和气体出口阀72,分离器7的进气端与高压反应釜3的出气口相连,中间设置有气体出口阀72。
[0026] 数据采集与处理系统8包括设置在高压反应釜3内温度传感器81和压力传感器82,设置在甲烷/天然气气瓶21与气体增压泵22之间的流量控制器83,设置在分离器71的出气端处的流量计84,以及与成像系统5、温度传感器81、压力传感器82、流量控制器83和流量计84电连接的计算机85。温度传感器81和压力传感器82主要监测高压反应釜3内的温度和压力,流量控制器83和流量计84主要监测进气口和出气口的流量。
[0027] 在一个优选的实施例中,高低温试验箱4内的温度可在-40-50°C之间任意调节。
[0028] 根据上述实施例提供的可视化天然气水合物模拟试验装置,其使用方法包括以下步骤:
[0029] I)操作前现将钻井液调配好,打开钻井液储罐12上部堵头将液体倒入容器中(一般情况下加至1.5L左右为宜),并将堵头密封好;
[0030] 2)开启计算机84,打开到数据采集页并编制编号,开始记录数据;
[0031] 3)打开高压氮气瓶11阀门并将调压阀13调到1.2MPa左右,然后打开气驱液入口阀14将液体慢慢注入高压反应釜3内,并根据钻井液的稀稠度来调节压力,一般在0.5〜IMPa之间;当注入液体体积接近高压反应釜3—半容积时,关闭气驱液入口阀14,同时关闭调压阀13和高压氮气瓶11阀门;
[0032] 4)打开甲烷/天然气气瓶21阀门并跳崖至2MPa左右,然后打开气体入口阀25将甲烷/天然气注入高压反应釜3内,再关闭气体入口阀25,打开气体出口阀72,将高压反应釜3内压力降平衡后,关闭气体出口阀72再将气体入口阀25打开,再将甲烷/天然气注入高压反应釜3内,再将气体出口阀72打开,将高压反应釜3内压力降平衡后,关闭气体出口阀72。如此重复操作2〜3次,即可用甲烷/天然气将高压反应釜3内空气尽量驱除干净;
[0033] 5)等到计算机85显示高压反应釜3内压力稳定后打开气体增压泵22,向高压反应釜3内泵入甲烷/天然气至设定压力,一般10〜35MPa之间;等到压力达到后关闭增压泵22和气体入口阀门25 ;
[0034] 6)静置一段时间后,开启高低温试验箱4和磁力搅拌系统6,并使低温试验箱4内部达到设定温度,一般在2〜3°C计算机85记录降温过程的压力、温度和流量变化,同时开启成像系统5实时监测高压反应釜3内水合物生成及分解情况;
[0035] 7)等到反应完成后打开气体出口阀,混合气体进入分离器71进行分离;等到压力降至平衡后,打开出料口的液体出口阀35,等液体流干后,关闭气体出口阀72和液体出口阀 35 ;
[0036] 8)打开高压反应釜3的上部密封盖33,取出反应物后,将上部密封盖33拧紧待进行下一次试验操作。
[0037] 上述各实施例仅用于对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,并不用于限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,该装置包括: 一高低温试验箱, 一设置在所述高低温试验箱内的高压反应釜, 一与所述高压反应釜的进料口相连的进料系统, 一与所述高压反应釜的进气口相连的气体增压系统, 一与所述高压反应釜的出气口相连的分离系统, 一设置在所述高压反应釜上端的成像系统, 一设置在所述高压反应釜内的磁力搅拌系统,以及 一用来监测所述高压反应釜内的温度和压力及监测所述高压反应釜的进气口和出气口处流量的数据采集与处理系统。
2.如权利要求1所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述进料系统主要由高压氮气瓶、钻井液储罐、调压阀及气驱液入口阀组成;所述高压氮气瓶与所述钻井液储罐的一端相连,中间设置有所述调压阀;所述钻井液储罐的另一端与所述高压反应釜的进料口相连,中间设置有所述气驱液入口阀。
3.如权利要求1所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述气体增压系统主要由甲烷 /天然气气瓶、气体增压泵、高压缓冲罐、压力监测表及气体入口阀组成;所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵的进气端相连,中间设置有所述压力监测表;所述气体增压泵的出气端与所述高压缓冲罐的进气端相连,所述高压缓冲罐的出气端与所述高压反应釜的进气口相连,中间设置有所述压力监测表和气体入口阀。
4.如权利要求2所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述气体增压系统主要由甲烷/天然气气瓶、气体增压泵、高压缓冲罐、压力监测表及气体入口阀组成;所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵的进气端相连,中间设置有所述压力监测表;所述气体增压泵的出气端与所述高压缓冲罐的进气端相连,所述高压缓冲罐的出气端与所述高压反应釜的进气口相连,中间设置有所述压力监测表和气体入口阀。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述高压反应釜包括一顶部敞口、底部封闭的反应釜筒体,所述反应釜筒体的侧壁上设置有与其内部腔体相连通的进料口、进气口、出料口和出气口 ;所述反应釜筒体的底部开设有一通孔,该通孔的下方设置一下部密封盖,所述磁力搅拌系统的搅拌头穿过所述下部密封盖后由该通孔穿入所述反应釜筒体内部,并通过所述下部密封盖实现所述反应釜筒体底部的密封,所述磁力搅拌系统的驱动部分则固定在所述高低温试验箱的底部;所述反应釜筒体的顶部设置一中空的上部密封盖,所述上部密封盖内沿轴向密封连接一上部视窗,所述成像系统设置在所述上部密封盖的上方;所述反应釜筒体的出料口处设置有一液体出口阀。
6.如权利要求5所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述反应釜筒体的侧壁上设置有条形视窗,且所述条形视窗外侧设置有冷光源;所述上部密封盖采用螺口式快开结构。
7.如权利要求1或2或3或4或6所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述分离系统包括一分离器和气体出口阀,所述分离器的进气端与所述高压反应釜的出气口相连,中间设置有所述气体出口阀。
8.如权利要求3或4所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述数据采集与处理系统包括设置在所述高压反应釜内的温度传感器和压力传感器,设置在所述甲烷/天然气气瓶与所述气体增压泵之间的流量控制器,设置在所述分离器的出气端处的流量计,以及与所述成像系统、温度传感器、压力传感器、流量控制器和流量计电连接的计算机。
9.如权利要求8所述的一种可视化天然气水合物模拟试验装置,其特征在于,所述高低温试验箱内的温度能 在-40-500C之间任意调节。
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