[发明专利]深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋深水油气勘探开发领域，具体地，涉及一种深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置及方法。

背景技术

随着陆上油气资源的逐渐枯竭，勘探开发活动逐步转向深水领域，深水领域的新增油气探明储量对全球范围内总体新增油气探明储量的贡献持续上升。党的十八大报告明确提出建设“海洋强国”战略，加强海洋油气资源的开发，对于建设海洋强国具有重要意义。深水油气钻探作业中会遇到很多技术挑战，其中低温高压条件下，天然气水合物生成就会给深水钻完井作业、测试作业、油气集输等带来诸多方面的挑战。

深水气井测试是认识油气藏、评估储层潜力的重要作业环节。目前国内外常用的深水气井测试系统如图1所示，主要部件为深水气井测试管柱101以及安装于测试管柱上的相关辅助设备，相关辅助设备主要包括水下测试树102、防喷阀103和流动控制头104，水下测试树102安装在海底井口，防喷阀103位于水下测试树上部的测试管柱内，流动控制头104安装于水上井口(深水气井测试管柱101的顶端)，与测试平台上的出流管线相接，井口温度计105和井口压力计106对地层流体温度压力参数进行监测，地层流体经过放喷油嘴107和井口流量计108后作进一步处理(如气液分离、燃烧等)，这些辅助设备用于控制地层流体的流出，对测试管柱内压力进行控制，防止井喷事故的发生，并对流体的温度压力及流量进行计量。

在正常测试作业过程中，地层产出流体进入测试管柱，通过测试管柱向上流动至测试平台，在平台上对流出的流体进行气液分离处理，分离出的气体通过火炬进行燃烧，分离出的液体储存到平台上相应的储罐中。

然而由于深水低温高压条件的存在，在测试过程中，测试管柱内往往会生成天然气水合物，堵塞管柱，影响测试作业的正常进行。现有的技术依据水合物生成相平衡理论，仅能够简单初步地判断测试管柱系统中哪些位置能够满足水合物生成的温度压力条件，但是无法判断何时何处会造成水合物堵塞，以及发生水合物堵塞的严重程度。WANG Zhi-yuan等提出依据水合物生成相平衡理论，结合井筒温压场计算，来确定深水气井测试过程中水合物生成区域(Journal of Hydrodynamics.2014,26(4):840-847)。专利CN104088623A依据水合物生成相平衡理论，确定测试管柱内水合物生成区域，并据此给出了水合物防治方法，但是该专利不能用于监测和分析测试管柱内何时何处会造成水合物堵塞，以及发生水合物堵塞的严重程度。专利CN104343416A公开了一种深水气井测试系统和测试方法，提出依据水合物生成相平衡理论，确定测试管柱内水合物生成区域，进而采用井下节流法防治水合物，该专利也不能用于监测和分析测试管柱内何时何处会造成水合物堵塞，以及发生水合物堵塞的严重程度。专利CN104895560A公开了一种深水测试井筒压力、温度场模拟及水合物预测方法，该专利仅能判断测试井筒中何处满足水合物生成的温压条件，没有涉及到水合物生成速率、水合物沉积堵塞等问题，不能用于监测和分析测试管柱内何时何处会造成水合物堵塞，以及堵塞的严重程度。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置及方法。通过实时监测井下温压数据，结合本发明所提出的水合物堵塞预测方法，确定测试管柱内水合物堵塞发生的位置，判断水合物堵塞严重程度，计算发生完全堵塞所需的时间，发出预警信号，自动向测试管柱内注入水合物抑制剂，确保深水气井测试作业安全高效进行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置，包括：井下数据采集传输系统、平台控制系统和水合物抑制剂自动注入系统。井下数据采集传输系统实时监测测试管柱内流体的温度、压力数据，并将监测到的温度、压力数据传输到平台控制系统；平台控制系统对测试管柱内天然气水合物堵塞严重程度、管柱被完全堵塞所需时间以及最先发生完全堵塞的位置进行计算评估，发出相应的预警信号，并根据管柱堵塞状况发出注入水合物抑制剂的指令；水合物抑制剂自动注入系统根据平台控制系统发出的指令，启动相应的水合物抑制剂注入泵，通过水合物抑制剂注入管线和水合物抑制剂注入接头，向测试管柱内注入水合物抑制剂。