[发明专利]一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置及使用方法

权利要求书

1.一种深水气井天然气水合物堵塞解堵装置的使用方法，其特征在于，解堵装置包括水合物堵塞解堵系统、流体流动系统、数据实时监测传输系统、数据处理系统和反应控制系统，其中，

流体流动系统内设置有水合物堵塞解堵系统，水合物堵塞解堵系统内设置有数据实时监测传输系统，水合物堵塞解堵系统连接有反应控制系统，反应控制系统和数据实时监测传输系统均连接至数据处理系统；

流体流动系统包括环空管道，环空管道内部中间设置有隔层，隔层一侧的环空管道用于通入水合物抑制剂，隔层另一侧的环空管道用于排出天然气水合物；

隔层一侧的环空管道下方设置有第一单向阀，隔层另一侧的环空管道下方设置有第二单向阀；

水合物堵塞解堵系统包括钻头、电动机和加热板，加热板设置于环空管道下端，加热板上设置有电动机，钻头穿过加热板连接至电动机，电动机和加热板均通过反应控制系统连接至数据处理系统；

数据实时监测传输系统包括井下监测装置和井口监测装置，井下监测装置包括温度传感器、压力传感器和温压传感器，温度传感器和压力传感器均设置于加热板上，温压传感器设置于井筒底部，温度传感器、压力传感器和温压传感器均连接至数据处理系统；

井口监测装置包括温度计、压力计和流量计，温度计、压力计和流量计均设置于井筒出口管道上，井筒出口管道连接至环空管道排出天然气水合物的一侧；

数据处理系统为计算机控制系统，计算机控制系统通过光电调节器c和光纤接口c连接至井下监测装置；

上述的深水气井天然气水合物堵塞解堵装置的使用方法，操作步骤如下：

（1）监测堵塞位置处温度和压力

当深水气井中发生水合物堵塞后，地面牵引装置通过柔性钢丝绳向井筒内下放解堵装置至堵塞处，通过数据实时监测传输系统实时监测数据变化：

在第一单向阀和第二单向阀关闭的前提下，通过压力传感器监测堵塞位置处的压力值，并将压力传感器监测到的数据通过光纤接口c和光电调节器c传输到数据处理系统，同时温压传感器监测堵塞位置下部的压力；

在第一单向阀和第二单向阀关闭的前提下，通过温度传感器测量堵塞位置的温度，温度传感器监测到的数据传输到数据分析处理系统；

根据测得的堵塞位置处的压力大小，通过水合物相平衡曲线计算得到水合物的相平衡温度；

（2）计算水合物抑制剂注入浓度

根据监测的数据，数据处理系统计算防止水合物在堵塞位置再次生成所需的水合物抑制剂注入浓度，注入浓度由Hammerschmidt公式确定：

(1)

式中，X为液态水相中水合物抑制剂重量百分数；ΔT为水合物形成的温降，单位为K；M为水合物抑制剂的摩尔分子质量，g/mol；Ki为常数；

（3）确定钻头速率

水合物堵塞解堵系统中，钻头的作用为通过施加压力、摩擦生热来破碎堵塞的水合物，由于堵塞水合物的厚度不同、部分物理性质不同，破碎过程中的钻压、转速、钻头的磨损程度不同，钻速需及时做出调整；

（4）加热板功率实时调节

水合物分解过程是吸热的，并且与热交换有关，而钻头破碎下来的水合物全部需要吸热分解，水合物吸热分解速率为，通过水合物形成焓、水合物分解速率以及水合物分子量的关系，建立水合物分解吸热速率的表达式：

（5）

式中，为水合物吸热分解速率，J/s；为水合物分解速率，kg/s；为水合物形成焓，；为气体水合物的分子量，；

数据处理系统通过计算，得到水合物的吸热分解速率，然后通过设置加热板的加热功率，为保证破碎的水合物高效快速分解，需要使得加热功率₁大于水合物分解吸热速率；

（5）实时监测堵塞处压力，判断水合物堵塞严重情况

随着水合物堵塞的不断清除，水合物层会逐渐变薄，在下部天然气压力的作用下，水合物堵塞段会向上移动，当水合物与管壁间的粘附摩擦力小于其底部受到的气体压力时，会对解堵装置产生一定的作用力，而这时压力传感器监测的压力会产生变化，数据处理系统比较和的数据大小，如果和的数据逐渐接近，说明堵塞情况趋于好转；

当和之差趋近于0时，堵塞已经清除完毕，解堵工作完成，地面牵引装置上提解堵装置，天然气在压力作用下通过排出管道缓慢排除，当压力传感器检测的压力值大小变为地层正常压力值大小时，解堵装置彻底关闭，恢复正常生产。