CN206362750U - 高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，包括复合膜分离组件、钻井液进样罐、气相色谱、高压载气瓶，所述复合膜分离组件放置有复合膜，所述复合膜分离组件通过钻井液泥浆循环管线同时并联钻井液进样罐和气体进样口管线，所述复合膜分离组件通过膜脱气采样管线连接气相色谱，所述复合膜分离组件通过气相加压管线连接高压载气瓶，所述钻井液泥浆循环管线和气相加压管线之间并联有平衡装置。本实用新型在高温高压下，能够考察分离膜的实际应用情况，获取分离膜两侧浓度关联关系，以评价在高温高压条件下硅橡胶复合膜对钻井液烃类组分的分离情况。

Description

高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置

技术领域

本实用新型涉及油气勘探开发技术，具体地说是高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置。

背景技术

在录井过程中，钻井液脱气技术能够实现烃类组分从钻井液中分离，钻井液中气体的采集方法和方式直接影响如何准确获取钻井液中地层气的含量。因此，对应地层气的采集，是现场录井作业中一项非常重要的工作。传统的钻井液脱气技术主要依靠电动式连续钻井液脱气器，主要通过电动机搅拌棒破碎钻井液，在气测仪的样品泵抽吸下使其中的气体负压脱出。

电动式连续钻井液脱气器受制于液面高度、空气入口流速、钻井液组成等诸因素影响。

根据膜分离技术研究得出的膜分离脱气方法，设计合理的膜组件并将其集成到井下钻具中，对钻遇地层的烃类组分含量进行随钻检测，真实反映钻井液中轻烃气体信息，准确评价地层中油气含量。

目前在石油勘探领域中应用的膜分离技术使用的分离膜有硅橡胶复合膜。

硅橡胶复合膜分离技术在石油勘探领域中的应用还处于起步阶段，相应的膜分离技术应用情况较少。为了考察分离膜的实际应用情况，获取分离膜两侧浓度关联关系，需要研制一种适用于井下高温高压环境的钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置。

中国专利CN104741010A公开了一种硅橡胶复合膜，可以借助本装置进行分离测试。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，在高温高压下，能够考察分离膜的实际应用情况，获取分离膜两侧浓度关联关系，以评价在高温高压条件下硅橡胶复合膜对钻井液烃类组分的分离情况。

为了达成上述目的，本实用新型采用了如下技术方案，高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，包括复合膜分离组件、钻井液进样罐、气相色谱、高压载气瓶，所述复合膜分离组件放置有复合膜，所述复合膜分离组件通过钻井液泥浆循环管线同时并联钻井液进样罐和气体进样口管线，所述复合膜分离组件通过膜脱气采样管线连接气相色谱，所述复合膜分离组件通过气相加压管线连接高压载气瓶，所述钻井液泥浆循环管线和气相加压管线之间并联有平衡装置。

所述钻井液泥浆循环管线上设置有钻井液循环泵，所述钻井液循环泵与复合膜分离组件之间设置阀门，所述复合膜分离组件位于恒温箱内，所述钻井液泥浆循环管线、气体进样口管线、膜脱气采样管线、气相加压管线上均设置有电加热线圈控温装置，所述钻井液循环泵在自身泵头上也设置保温套。

所述复合膜分离组件包括密封箱，所述密封箱内腔中部横置复合膜，密封箱开设有气液进口连接钻井液泥浆循环管线，密封箱开设加压口连接气相加压管线，密封箱开设采样口连接膜脱气采样管线。

所述钻井液泥浆循环管线上还设置有钻井液进样手动增压泵和压力表；所述钻井液泥浆循环管线还连接液体放空管线，所述钻井液进样手动增压泵分别与钻井液进样罐、钻井液循环泵之间均设置有阀门呢，所述气体进样口管线上设置有阀门，所述液体放空管线上也设置阀门。

所述复合膜分离组件和气相色谱之间的膜脱气采样管线上还依次设置气体过滤器、气体质量流量计，所述膜脱气采样管线还连接气体分流管线，所述复合膜分离组件和气体过滤器之间设置减压阀，所述气体质量流量计和气相色谱之间设置阀门，所述气体分流管线上也设置阀门。

所述复合膜分离组件和高压载气瓶之间的膜脱气采样管线上还设置有载气缓冲罐，所述载气缓冲罐分别与复合膜分离组件、高压载气瓶之间均设置阀门。

所述载气缓冲罐还连接有背压阀、压力表。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

该温度控制系统采用电加热带调控管线温度、恒温箱控制温度、钻井液循环泵泵头保温等，实时控制钻井液循环温度；

该压力控制系统采用液相手动增压泵对管线内钻井液增压，用高压气体钢瓶对载气采样管线加压，同时在钻井液泥浆循环管线与膜脱气加压管线间安装平衡装置，保证管线间压力平衡；

该膜分离系统组件为自行设计的耐温耐压膜分离组件，与复合膜配套使用进行试验测试。由于复合膜在高温高压的条件下作业，因此需对膜组件的密封性能加以强化，结合复合膜自身特性，设计采用双重O型圈的法兰式密封方法，所用O型圈的材质为耐高温橡胶，实现复合膜和膜脱气组件密封组装。

为了满足高温高压试验环境的需要，该复合膜可以耐温可以达到120℃，拉伸破坏压强最高可以达到27.8MPa，膜内外两测耐压差至少可以达到1MPa；

为了便于该膜分离组件在高温高压条件下试验，对膜组件的密封性能加以强化，结合复合膜本身物理特性，采用法兰式密封方法实现复合膜和膜分离组件的密封组装；

该膜外侧钻井液进样循环系统采用手动增压泵向钻井液循环管线进料，并设计钻井液循环泵循环钻井液；

该膜内侧载气吹扫与检测系统采用高压气体钢瓶提供载气，通过加压吹扫膜内侧透过气体组分并通过气相色谱仪在线分析载气中气体组成，从而获取分离膜两侧浓度关联关系。

附图说明

图1为本实用新型高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置结构示意图。

图中：钻井液进样罐101、钻井液进样罐102、气体进样口管线2、钻井液循环泵3、钻井液进样手动增压泵4、复合膜分离组件5、气液进口501、气液进口502、加压口503、采样口504、密封箱505、复合膜506、平衡器6、高压载气瓶7、载气瓶减压阀8、载气缓冲罐9、恒温箱10、减压阀11、背压阀12、压力表13、气体质量流量计14、气相色谱15、气体过滤器16、液体放空管线17、液体放空管线18、气体分流管线19。

图2为膜分离组件结构三视图

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

根据图1至2，高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，包括复合膜分离组件5、钻井液进样罐、气相色谱15、高压载气瓶7，所述复合膜分离组件放置有复合膜，所述复合膜分离组件通过钻井液泥浆循环管线同时并联钻井液进样罐和气体进样口管线2，所述复合膜分离组件通过膜脱气采样管线连接气相色谱15，所述复合膜分离组件通过气相加压管线连接高压载气瓶7，所述钻井液泥浆循环管线和气相加压管线之间并联有平衡装置6。

所述钻井液泥浆循环管线上设置有钻井液循环泵3，所述钻井液循环泵与复合膜分离组件之间设置阀门，所述复合膜分离组件位于恒温箱10内，所述钻井液泥浆循环管线、气体进样口管线、膜脱气采样管线、气相加压管线上均设置有电加热线圈控温装置，所述钻井液循环泵在自身泵头上也设置保温套。

所述复合膜分离组件包括密封箱505，所述密封箱内腔中部横置复合膜506，密封箱开设有气液进口连接钻井液泥浆循环管线，密封箱开设加压口连接气相加压管线，密封箱开设采样口连接膜脱气采样管线。

高压载气瓶7、载气瓶减压阀8、载气缓冲罐9共同组成膜内侧载气吹扫系统，气体质量流量计14、气相色谱15、气体过滤器16共同组成膜内侧检测系统。高压气瓶提供载气，吹扫膜内侧透过气体并通过气相色谱分析载气中气体组成。

所述平衡装置保证分离膜内外侧压差控制在1MPa以内。

钻井液进样罐可以并联多个，比如图1中的钻井液进样罐101、钻井液进样罐102，分别对应气液进口501、气液进口502。

所述钻井液泥浆循环管线上还设置有钻井液进样手动增压泵4和压力表13；所述钻井液泥浆循环管线还连接液体放空管线17、18，所述钻井液进样手动增压泵分别与钻井液进样罐、钻井液循环泵之间均设置有阀门呢，所述气体进样口管线上设置有阀门，所述液体放空管线上也设置阀门。

所述复合膜分离组件和气相色谱之间的膜脱气采样管线上还依次设置气体过滤器16、气体质量流量计14，所述膜脱气采样管线还连接气体分流管线19，所述复合膜分离组件和气体过滤器之间设置减压阀，所述气体质量流量计和气相色谱之间设置阀门，所述气体分流管线上也设置阀门。

所述复合膜分离组件和高压载气瓶之间的膜脱气采样管线上还设置有载气缓冲罐9，所述载气缓冲罐分别与复合膜分离组件、高压载气瓶之间设置载气瓶减压阀8、减压阀11。

所述载气缓冲罐还连接有背压阀12、压力表。

该装置采用电加热带调控管线温度、恒温箱控制温度、钻井液循环泵泵头保温等，实时控制钻井液循环温度。

该装置采用液相手动增压泵对管线内钻井液增压，用高压气体钢瓶对载气采样管线加压，同时在钻井液泥浆循环管线与膜脱气采样管线间安装平衡装置，保证管线间压力平衡。

该组件为自行设计的耐温耐压膜分离组件，与复合膜配套使用进行试验测试；为了便于该膜分离组件在高温高压条件下试验，对膜组件的密封性能加以强化，结合复合膜本身物理特性，采用法兰式密封方法实现复合膜和膜分离组件的密封组装；

为了满足高温高压试验环境的需要，该复合膜可以耐温可以达到120℃，拉伸破坏压强最高可以达到27.8MPa，膜内外两测耐压差至少可以达到1MPa；

该装置采用手动增压泵向钻井液循环管线进料，并设计钻井液循环泵循环钻井液；

该装置采用高压气体钢瓶提供载气，加压吹扫膜内侧透过气体组分并通过气相色谱仪在线分析载气中气体组成，从而获取分离膜两侧浓度关联关系。

钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验条件为：钻井液循环温度控制在30-120℃；压力控制在1-5MPa；钻井液循环流量为25L/h；载气流速控制在10-20ml/min。

开启管线上相关阀门，将C1-C4等气态组分由气体进样口管线2在常压下定量注入后关闭阀门；C5液态组分可将其与钻井液泥浆先行定量混合再由液体进样罐1注入，亦可如气态组分由气体进样口管线2定量注入。向钻井液进样手动增压泵4的进料罐1灌注钻井液，开启管线上相关阀门(包括用以辅助排空管线内空气的阀门)，使钻井液充满钻井液循环管线并循环：待泥浆充满管线后关闭相关阀门，同时注入定量样品气，使用钻井液进样手动增压泵4对系统进行手动加压，启动钻井液循环泵3循环并控制膜外侧钻井液流速；加热：启动恒温箱10加热、管线加热、钻井液循环泵3加热为系统加热。

进样完成后待系统循环稳定，通过恒温箱10调节系统温度，通过压力表13调节系统压力、通过钻井液循环泵4调节膜外侧钻井液循环流量，通过载气瓶减压阀8调节高压载气瓶7载气输出压力，通过减压阀11和背压阀12调节载气压力、气体质量流量计14控制膜内侧进入气相色谱15的载气流量，进行复合膜分离性能实验。

试验完成后，通过开关相关阀门进行液体放空可达排污目的。

本实用新型能够利用硅橡胶膜分离技术，在高温高压条件下对钻井液中已知浓度的烃类组分进行分离，并通过气相色谱仪分析透过膜的烃类组分，从而获知膜外侧烃类浓度和膜内侧烃类浓度的关联。该装置能准确评价硅橡胶复合膜在高温高压钻井液试验环境下对钻井液烃类组分的分离情况，对硅橡胶复合膜脱气技术的实际应用提供接近于钻井井下环境的参考。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其他运用本实用新型的专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。

Claims (7)

1.高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，包括复合膜分离组件、钻井液进样罐、气相色谱、高压载气瓶，所述复合膜分离组件放置有复合膜，所述复合膜分离组件通过钻井液泥浆循环管线同时并联钻井液进样罐和气体进样口管线，所述复合膜分离组件通过膜脱气采样管线连接气相色谱，所述复合膜分离组件通过气相加压管线连接高压载气瓶，所述钻井液泥浆循环管线和气相加压管线之间并联有平衡装置。

2.根据权利要求1所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述钻井液泥浆循环管线上设置有钻井液循环泵，所述钻井液循环泵与复合膜分离组件之间设置阀门，所述复合膜分离组件位于恒温箱内，所述钻井液泥浆循环管线、气体进样口管线、膜脱气采样管线、气相加压管线上均设置有电加热线圈控温装置，所述钻井液循环泵在自身泵头上也设置保温套。

3.根据权利要求1所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述复合膜分离组件包括密封箱，所述密封箱内腔中部横置复合膜，密封箱开设有气液进口连接钻井液泥浆循环管线，密封箱开设加压口连接气相加压管线，密封箱开设采样口连接膜脱气采样管线。

4.根据权利要求2所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述钻井液泥浆循环管线上还设置有钻井液进样手动增压泵和压力表；所述钻井液泥浆循环管线还连接液体放空管线，所述钻井液进样手动增压泵分别与钻井液进样罐、钻井液循环泵之间均设置有阀门呢，所述气体进样口管线上设置有阀门，所述液体放空管线上也设置阀门。

5.根据权利要求1所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述复合膜分离组件和气相色谱之间的膜脱气采样管线上还依次设置气体过滤器、气体质量流量计，所述膜脱气采样管线还连接气体分流管线，所述复合膜分离组件和气体过滤器之间设置减压阀，所述气体质量流量计和气相色谱之间设置阀门，所述气体分流管线上也设置阀门。

6.根据权利要求1所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述复合膜分离组件和高压载气瓶之间的膜脱气采样管线上还设置有载气缓冲罐，所述载气缓冲罐分别与复合膜分离组件、高压载气瓶之间均设置阀门。

7.根据权利要求6所述的高温高压条件下钻井液硅橡胶复合膜分离测试试验装置，其特征在于，所述载气缓冲罐还连接有背压阀、压力表。