[发明专利]监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置

说明书

本发明涉及一种监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置，包括：井筒‑水合物储层耦合传热传质单元以及钻井液循环单元；井筒‑水合物储层耦合传热传质单元通过填砂压实的方法模拟储层结构，为多孔介质中水合物的生成、分解与再生成提供反应场所，并利用包括温压传感、电阻抗传感、超声波监测、TDR监测以及核磁共振追踪同位素在内的多种监测手段，实时记录储层内不同位置的物性参数变化；钻井液循环单元用于模拟不同钻进参数的钻井液循环；该装置可以模拟不同水深条件下的水合物储层，在钻井液侵入过程中，监测井筒‑储层传热传质时储层内部温度、压力、电阻抗的变化和分解流体、原始固相水合物等物质的迁移规律。

技术领域

本发明属于石油天然气开发领域，具体地，涉及一种监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置，用于观察和分析不同条件下钻井液侵入水合物储层的内部行为动态变化，从而总结归纳出相应的规律。

背景技术

水合物是一种笼型结构络合物，通常由小分子烃(如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷等)和水分子组成。其具有储量丰富、分布广泛、能量密度高以及燃烧后污染小等优点，被视为未来能够代替传统化石燃料的清洁能源，受到了世界各国的追捧与关注。许多国家都已先后开展了天然气水合物试采项目，但目前只有前苏联在麦索亚哈气田的试采具有可观的商业效益。

自然界中的天然气水合物主要赋存在深水地层以及大陆架冻土层中。极端恶劣的环境给开采工程带来了种种困难，对技术人员和配套设备提出了更高的要求。除了风暴、地震以及风浪流等因素的影响，水合物自身对温度、压力的敏感性也是工程上需要克服的重大难题。水合物的分解与再生成往往会导致地层坍塌、井壁失稳、井涌井喷、管道堵塞等事故，影响正常生产，危害人员与设备的安全。

钻井是开采地下能源的必要手段。当钻井液在循环过程中侵入储层时，会与储层发生传热传质。与常规储层不同，水合物储层在吸收一定能量后，温度会逐渐上升直至超过水合物相平衡曲线，分解吸热生成大量的气和水。而生成的流体会在局部压差作用下扩散，阻碍钻井液向储层深处流动，如果有合适的温度压力，还会重新生成水合物固体颗粒，改变储层物性。该过程包含了钻井液与储层之间的相互作用，涉及到了多个变量参数，相对复杂。一旦控制不当，会引发一系列的地质灾难，造成难以挽回的损失。

目前，国内外学者在水合物领域的实验研究主要集中在模拟水合物的生成与分解，探究水合物不同环境下的相平衡条件。而水合物储层内传热传质的研究尚不成熟，对钻井液侵入水合物储层后的行为动态规律的认识更是近乎空白。

针对上述情况，有必要在室内设计一套能够监测分析深水环境下钻井液侵入过程中水合物储层物性变化的装置，通过改变钻井液温度、井筒压力、储层孔隙度、水合物饱和度等参数获得相应的数据，以总结归纳出相应的规律，从而为深水钻采水合物提供优化方案和预测风险的理论依据，保障现场作业的安全。

发明内容

为填补目前技术空白，本发明提供一种用于模拟深水环境下钻井液侵入水合物储层，并通过改变钻井液温度、井筒压力、储层孔隙度、水合物饱和度、储层初始温度和压力等参数来分析相关规律的装置，为深水钻采水合物过程中避免钻井液引发大规模水合物分解事故提供优化方案和预测风险的理论依据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置，包括：井筒-水合物储层耦合传热传质单元以及钻井液循环单元；井筒-水合物储层耦合传热传质单元通过填砂压实的方法模拟储层结构，为多孔介质中水合物的生成与钻井液侵入条件下水合物的分解与再生成提供反应场所，并利用包括温度压力传感、电阻抗传感、超声波监测、TDR监测以及核磁共振追踪同位素在内的多种监测手段，实时记录储层内不同位置的物性参数变化；钻井液循环单元用于模拟不同钻进参数的钻井液循环，并利用循环前后流量计之差计量侵入钻井液量；该装置可以模拟不同水深条件下的水合物储层，遭受不同作业参数钻井液侵入的情况，监测井筒-储层传热传质过程中，储层内部温度、压力、电阻抗的变化和分解流体、原始固相水合物等特定物质的迁移规律。