[发明专利]深水气井测试期间水合物沉积规律的监测装置及方法

权利要求书

1.一种深水气井测试期间水合物沉积规律的监测装置，包括：气液输送系统、水合物监测系统、辅助系统；气液输送系统提供气源、液源，混合后输送至水合物监测系统；水合物监测系统以高压低温条件在模拟井筒内形成水合物，记录观察水合物结晶、沉积堵塞过程；辅助系统进行气体后处理，并实现对装置的安全控制；其特征在于：

气液输送系统，包括：冷却水浴、第一气瓶、第二气瓶、第一三通阀、第一压力传感器、第一单向阀、第一容器、蓄水罐、增压泵、第三截止阀、第一质量流量计、第二质量流量计、第二三通阀、第二单向阀；其中，第一气瓶、第二气瓶均放置于冷却水浴中，由冷却水浴控制气体温度为0-8℃；第一气瓶、第二气瓶分别连接第一三通阀的两个入口端，第一气瓶、第二气瓶中分别盛装甲烷、乙烷；第一三通阀的出口端与第一容器的入口端通过管线相连，该管线上由第一三通阀至第一容器的方向依次设有第一压力传感器、第一单向阀，第一容器内盛有水，蓄水罐、第一容器出口端分别通过管线与第二三通阀的两个入口端相连，蓄水罐与第二三通阀相连的管线上依次设有增压泵、第三截止阀、第一质量流量计；第一容器的出口端与第二三通阀相连的管线上设有第二质量流量计；第二三通阀出口端通过管线与第二单向阀的入口端相连，第二单向阀的出口端连接至水合物监测系统；

水合物监测系统，包括：第三三通阀、第一截止阀、第二截止阀、第一模拟井筒、第二模拟井筒、第一温度传感器、第二温度传感器、第一压差计、第二压差计、超声仪器、光透仪器、摄像机、第四三通阀、第三质量流量计；气液输送系统的第二单向阀的出口端与水合物监测系统的第三三通阀的入口端通过管线相连，该管线上设置有第一温度传感器；第三三通阀的两个出口端分别与第一模拟井筒、第二模拟井筒的入口端通过管线相连，第三三通阀的出口端至第一模拟井筒的管线上设置有第一截止阀，第三三通阀的出口端至第二模拟井筒的管线上设置有第二截止阀；第一模拟井筒为透明玻璃管，两端设置有第一压差计，第一模拟井筒配置有超声仪器、光透仪器、摄像机，超声仪器、光透仪器均置于竖直滑轨上实现上下滑动；第二模拟井筒为钢制井筒，两端设置有第二压差计，第一模拟井筒、第二模拟井筒互为对照组，超声仪器对第一模拟井筒内水合物层厚度成像所引起的误差可通过两端压差校正，并以此为基础对第二模拟井筒内的水合物层厚度进行预测；第一模拟井筒、第二模拟井筒的出口端分别与第四三通阀的入口端通过管线相连，第四三通阀的出口端通过管线与辅助系统相连，第四三通阀至辅助系统的管线上依次设置有第二温度传感器、第三质量流量计；

辅助系统，包括：手动增压泵、气体处理容器、第二压力传感器、背压阀、安全阀；水合物监测系统的第三质量流量计的出口端与辅助系统的安全阀的入口端通过管线相连；安全阀的出口端通过管线与气体处理容器相连，该管线上设置有背压阀；背压阀的顶端通过管线与手动增压泵相连，该管线上设置有第二压力传感器；

所述的深水气井测试期间水合物沉积规律的监测装置，以模拟初开井、变流量、关井工况下水合物结晶、沉积直至堵塞管道的过程，并探究温度、压力、含水率、管壁极性对水合物沉积的影响，其特征在于，具体步骤如下：

第一步，打开第一气瓶、第二气瓶的阀门，启动计算机，检查装置气密性和仪器显示；

第二步，设定冷却水浴温度为0-8℃；待冷却完成，打开第一气瓶和第二气瓶，由第一压力传感器记录气体压力，输送至第二三通阀；打开第三截止阀，由增压泵将液相输送至第二三通阀；由第一质量流量计和第二质量流量计记录液相和气相的质量流量，分别为m₁和m₂，则混合流体的质量含水率为：m₁/(m₁+m₂)×100％；气液相经第二三通阀混合后输送至水合物监测系统，由背压阀和第二压力传感器控制井筒压力在1-10MPa；

第三步，在水合物生成过程中，实时记录各温度传感器、压差计、流量计、超声信号、光信号，并摄像记录；利用超声成像技术对井筒内的气-水-水合物三相的分布情况进行成像，并校正水合物层厚度；

第四步，待水合物堵塞至一定程度，使其升温降压分解，更换模拟井筒、或更换气体、或调整气液相流量、或调整水浴温度，重复上述步骤进行下一轮测试；

超声信号得到水合物厚度所存在的误差可通过压差方法进行修正，具体为：

取井筒向上方向为x正向，超声信号得到水合物层厚度为：

h＝h(x)

流体在过流断面1和过流断面2之间的流动遵循实际流体的伯努利方程，即

根据微分理论，得到：

上式中，dP为过流断面1和过流断面2之间的压差，ρ为气相密度，λ为气相沿程摩阻系数，D为井筒内径，Q为气相体积流量；

根据积分理论，并引入水合物沉积层厚度误差δ，有

式中，L为井筒长度；故而，水合物层厚度为

h＝h(x)+δ

利用井筒两端压差ΔP矫正误差，并以此为基础对模拟井筒的水合物沉积情况进行研究；

同时，结合人工机械测量的方式对水合物厚度进行测定。