[发明专利]一种模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置

说明书

本发明公开了一种模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置，它包括从上往下顺次连接的混合物进口、套管接头A、垂直段外管、法兰接头A、斜井段外管、法兰接头B、水平段外管和套管接头B；它还包括计算机监测系统和气液固三相分离器，计算机监测系统与压力传感器和速度传感器电连接；它还包括电磁式空气泵A、电磁式空气泵B和高速摄像机，所述电磁式空气泵A的输出口连接有分流管。本发明的有益效果是：结构紧凑、能够对岩屑颗粒和天然气水合物颗粒在环空内的运移轨迹、动态悬浮现象有必要进行可视化实验研究、为天然气水合物钻井过程中扩径段流场流动规律的研究提供依据。

技术领域

本发明涉及天然气水合物钻井技术领域，特别是一种模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置。

背景技术

目前，随着我国油气资源勘探开发的不断深入，天然气水合物作为一种新型的油气资源目前被许多国家所重视。目前天然气水合物在世界上许多国家都有分布，其主要分布在在北极的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。我国天然气水合物资源约800亿吨油当量，是我国常规天然气资源量的两倍，主要分布在青藏高原冻土带和南海大陆坡及其深海。我国分别于2007年5月、2009年6月、2013年7月和2015年在南海和冻土区成功钻取到天然气水合物样品，目前准备进行实验性开采。在天然气水合物开发过程中采用钻水平井的方式来进行开采能最大限度的暴露并保护储层，同时也能提高开采效率；但在天然气水合物钻水平井过程中会产生环空扩径的情况，环空扩径将会导致流体流场变化，继而引起岩屑颗粒在环空中的动态悬浮、滞留，从而引起井下复杂情况。在天然气水合物钻水平井过程中，环空扩径在钻直井段、斜井段和水平段都可能产生且扩径方式又不一样，其扩径方式主要为直角扩径、45°斜角扩径和圆弧扩径这三种方式，在水平段扩径段大颗粒岩屑将在钻铤与钻杆交界处由于环空面积陡然增加，可能产生大颗粒岩屑堆积。水平段井眼净化效果不好加上天然气水合在上返过程中的不断分解会引发高摩阻、高扭矩、卡钻和固井质量差等一系列工程问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、能够对岩屑颗粒和天然气水合物颗粒在环空内的运移轨迹、动态悬浮现象有必要进行可视化实验研究、为天然气水合物钻井过程中扩径段流场流动规律的研究提供依据的模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置，它包括从上往下顺次连接的混合物进口、套管接头A、垂直段外管、法兰接头A、斜井段外管、法兰接头B、水平段外管和套管接头B，所述垂直段外管内设置有垂直段内管，斜井段外管内设置有斜井段内管，水平段外管内设置有水平段内管，水平段内管的一端与钻头连接，其另一端与斜井段内管连接，斜井段内管另一端与垂直段内管连接，垂直段内管的另一端与混合物进口连接，所述的垂直段外管柱面上设置有垂直段直角扩径段和位于垂直段直角扩径段上方的混合物出口，斜井段外管柱面上设置有斜井段直角扩径段，水平段外管柱面上设置有水平段直角扩径段，所述的套管接头A的下部设置有压力传感器，套管接头B的左侧设置有速度传感器，管套接头B上设置有进气口；

它还包括计算机监测系统和气液固三相分离器，所述计算机监测系统与压力传感器和速度传感器电连接，所述气液固三相分离器的左端口与混合物出口连接，气液固三相分离器的右端口与混合物进口之间顺次连接有贮水槽、水泵、液体流量计和球阀B，所述球阀B与混合物进口之间节点处连接有颗粒储集室，颗粒储集室顶部设置有与其连接的岩屑漏斗和尼龙漏斗，所述气液固三相分离器的下端口连接有流化床干燥器，流化床干燥器的底部连接有尼龙收集桶和岩屑收集桶；

它还包括电磁式空气泵A、电磁式空气泵B和高速摄像机，所述电磁式空气泵A的输出口连接有分流管，所述垂直段直角扩径段的上下端分别连接有气体流动管，斜井段直角扩径段的上、中、下端分别连接有气体流动管，水平段直角扩径段底部的左、右端分别连接有气体流动管，七根气体流动管均与分流管连接，所述的电磁式空气泵B与进气口之间顺次连接有气体流量计B和球阀C。