[发明专利]模拟深水油气开采的井筒多相流动装置

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种超临界管路天然气流动模拟和测试实验平台，特别涉及一种能够模拟 高温高压超临界状态条件下的模拟深水油气开采的井筒多相流动装置。

二、背景技术：

随着陆地油气资源的日趋减少，石油和天然气勘探开发转向海洋已成必然趋势。水下 采油技术的发展不仅使深海石油开采成为可能，同时大大降低了深海采油成本，深水和超 深水海域的油气钻采技术正成为各国研究开发的热点。目前，国外的最大钻井水深已超过 3000米，而我国深海海域油气资源的勘探开发仍处在初期阶段，深海钻探能力仅达600米。 为了安全高效开发深海海洋油气资源，迫切需要加强深海油气钻采理论与技术研究，因此， 深水油气钻井与开采的技术都将面临着严峻的挑战。当水深达到2000ft(约600m)以上时， 环境温度将下降至40°F(4.4℃)左右，因而深水钻采设备将处于高压和低温条件之下。当井 筒或海底管线暴露在如此低温的环境中，管线内流体的热量将大量散失，温度会迅速降低。 泥浆或原油的流变性将发生变化，粘度明显增加，天然气水合物、蜡等固态物质也可能在 钻柱、井筒或管道中析出并沉积。这些不利因素必然会影响钻采系统的正常运行，在某些 严重情况下，甚至会导致严重的事故。深水多相流的传热及流动规律是深水钻采技术研发 的理论基础，近年来，各相关单位虽也建立了一些实验装置，但这些装置一般都只能在常 压和绝热条件下进行实验研究，还存在着设备老化、实验参数窄、仪表精度低等不足，已 无法满足深水条件下多相流研究工作的需要。目前这方面的设备研发较少，模拟深水油气 开采的井筒多相流动装置未见报道。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟深水油气开采的井筒 多相流动装置，能够模拟1000米水深条件下的深水低温油气开采的井筒多相流动模拟实验 装置，进而可以研究深水流动条件下井筒内的多相流动规律，建立深水井筒多相流动态力 学模型及计算方法，为深水油气钻探中井筒流动计算和工程设计奠定基础。

其技术方案是：模拟海洋低温环境的条件由环境温度保持流动系统完成，高压流动环 境由主井筒的背压控制系统来完成；高压流动环境的液体部分主要由水罐、高压水泵、流 动液温度控制系统和流量计连接组成，气体部分主要由气体压缩机、高压气罐、干燥器和 气体流量计连接组成，气液混合通过气泡发生器完成，然后流经控制阀进入主井筒；模拟 天然气水合物分解注入气体经过控制系统、气体注入管线进入主井筒；混合液经回流管线 进入气液分离罐完成循环。

上述的环境温度保持流动系统由制冷机组、冷却水箱、泵、环空流动井筒、回水管线、 温度控制器、温度传感器和计算机控制系统组成，环境水温可调可控，制冷是通过换热器 实现的，温度由温度控制器通过计算机来控制，通过温度控制保持模拟深水的低温流动环 境条件。

上述的流动液温度控制系统，系统注入水的温度可调可控，水罐内的水由加热棒加热， 温度由温度控制器通过计算机控制，保证井筒入口处循环水温度恒定，用以研究热传导规 律。

上述的模拟天然气水合物分解注入气体的控制系统控制通过注入管线的气体注入量， 以模拟井筒内天然气水合物分解对井筒内多相流动规律的影响规律。

上述的主井筒为高压井筒，其高为14m，外循环环空流动井筒的外径160mm，内径为 154mm；外管外径140mm，外管内径130mm，承压可达10MPa；内管外径55mm。

本发明的有益效果是：可实现深水环境条件(低温、高压)下的复杂多相流现象的模 拟，是深水油气钻采技术研究必不可少的重要工具。该设备可实现：(1)高压条件下水合 物形成和释放多相流瞬态模拟试验；(2)低温条件下多相流传热和流动试验；(3)水合物生 成条件模拟以及抑制剂的评价和筛选；(4)高压及中低压下圆形管道气液模拟试验。该设备 的建成将形成一个综合的深水油气流动模拟实验平台，成为国内深水多相流研究的重要基 地。

四、附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；