[发明专利]深水气井测试系统及测试方法

权利要求书

1.一种井下节流阀，包括：入口管道、出口管道、底座、液压缸、密封盖、弹簧，其特征在于：入口管道上部为小直径的圆柱壳体、下部为大直径的圆柱壳体，上部的圆柱壳体与下部的圆柱壳体通过水平的圆环相连接，形成整体；上部小直径的圆柱壳体顶端封闭、侧面设有若干出气孔；出口管道上部为小直径的圆柱壳体、下部为大直径的圆柱壳体，上部小直径的圆柱壳体与下部大直径的圆柱壳体通过锥形环连接，形成整体；下部大直径的圆柱壳体内径与入口管道的下部大直径的圆柱壳体外径相等； 

出口管道小直径的圆柱壳体上端的内部设有底座，底座水平设置，底座为圆形平板，底座的直径小于出口管道上部小直径的圆柱壳体的内径，底座与出口管道上部小直径的圆柱壳体通过两处加强肋固定连接，底座与出口管道之间形成环空； 

底座的底面上固定有液压缸，液压缸为上端封闭的圆柱壳体，液压缸的开口朝向入口管道，液压管线穿过底座、出口管道将液压缸与平台控制系统相连； 

密封盖为顶端封闭的圆柱壳体，密封盖外径与液压缸的内径相同、内径与入口管道上部小直径的圆柱壳体的外径相同；密封盖上部套入液压缸内，液压缸推动密封盖向下运动；密封盖向下移动可封闭入口管道上部小直径的圆柱壳体外侧的出气孔； 

弹簧套设在入口管道上部小直径的圆柱壳体上，弹簧的底端抵靠在入口管道的水平圆环上、顶端抵靠在密封盖的下端面上。 

2.根据权利要求1所述的井下节流阀，其特征在于，入口管道大 直径的圆柱壳体上部的外侧设有外螺纹；出口管道下部大直径的圆柱壳体内部设有内螺纹，内螺纹用于与入口管道下部大直径的圆柱壳体的外螺纹连结。 

3.根据权利要求1-2所述的井下节流阀，其特征在于，密封盖运动到顶端时，入口管道上部小直径的圆柱壳体侧面的出气孔全部露出，并且入口管道上部小直径的圆柱壳体不会从密封盖中脱出；当密封盖运动到底端时，入口管道上部小直径的圆柱壳体侧面的出气孔全部遮住。 

4.根据权利要求1-3所述的井下节流阀，其特征在于，弹簧的直径略大于入口管道上部小直径圆柱壳体直径，介于密封盖外径与内径之间；底座与入口管道水平圆环的距离等于弹簧自然的长度加上液压缸的高度。 

5.根据权利要求1-4所述的井下节流阀，其特征在于，液压缸的外径与底座的直径相等。 

6.采用权利要求1所述井下节流阀的深水气井测试系统，包括：海洋平台、海底油井控制系统、上部井下测试管柱、井下节流阀、上部井下测试管柱；其特征在于： 

海洋平台上设有平台控制系统，海洋平台上设有井口油嘴，井口油嘴连接海底油井控制系统；海底油井控制系统位于泥线以上；上井下测试管柱、井下节流阀、下井下测试管柱位于井筒内，上井下测试管柱的顶端连接海底油井控制系统、底端连接井下节流阀的上端，井下节流阀的下端连接下部测试管柱；井下节流阀在井筒深部产层以上 200m的位置。 

7.一种深水气井测试方法，采用权利要求6所述的深水气井测试系统，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)、获取当前井的基础数据 

根据当前井的实际情况，获取当前井的基础数据，当前井的基础数据包括：井身结构、油管柱结构、测试液的组成、产层压力、地层的温度梯度、海水表面温度、海水深度、气层深度； 

(2)、初步选定井下节流阀的开度 

(3)、获取在该节流阀开度条件下水合物生成区域 

(a)、根据产出天然气的成分，计算水合物生成的相平衡条件 

根据以下公式计算出水合物生成的相平衡条件： 

(i＝1,2...l)；(j＝1,2...L)  (1) 

ln(f_w/f_wr)＝ln x_w            (2) 

式中， 

Δμ₀：水在完全空的水合物晶格与参考状态下纯水之间的化学位差，J/mol； 

R：气体常数，8.314 J/(mol·K)； 

T₀-273.15K； 

T_H-水合物生成温度，K； 

ΔH₀-水在完全空的水合物晶格与纯水相之间的摩尔比焓差J/kg； 

ΔC_k-水在完全空的水合物晶格与纯水相之间的比热容差,J/(kg·K)； 

p_H-水合物生成压力，Pa； 

ΔV-水在完全空的水合物晶格与纯水相之间的摩尔体积差,m³/kg； 

f_w-溶液当中水的逸度，Pa； 

f_wr-参考状态(T_H,p_H)下水的逸度； 

l-水合物种类数量； 

M_i-i型空穴数与水合物相中水分子数的比值； 

L-总气体种类； 

θ_ij-i型空穴被j类气体分子占据的概率； 

x_w-水的摩尔浓度； 

y_w-溶液中水的活度系数； 

(b)、根据地面关井工况计算井筒内的温度和压力分布曲线 

利用下面的方程求解井筒内的温度分布曲线： 

式中， 

H是气体的焓，J； 

ρ-密度，kg/m³； 

g-重力加速度，m/s²； 

θ-井筒轴线与水平面的夹角,°； 

v-气体的流度，m/s； 

λ-摩阻系数，无量纲； 

d-流体所在井筒的内径，m； 

z-井深，m； 

w-质量流量，kg/m³； 

r_to-油管外半径，m； 

r_ti-油管内半径，m； 

U_to-以油管外表面为基准面的总传热系数，W/(m²·K)； 

k_e-地层导热系数W/(m·K)； 

T_D-无量纲温度； 

T_ei-地层温度，K； 

T_f-油管内温度，K； 

利用下面的方程求解出井筒内压力分布曲线： 

其中：C₂＝3484.48γ，I＝ZT/p 

式中： 

Z-距离井底的高度，m； 

ρ-密度，kg/m³； 

v-流速，m/s； 

γ-相对密度 

g-重力加速度，m/s²； 

θ-井筒轴线与水平面的夹角，°； 

λ-摩阻系数，无量纲； 

d-流体所在井筒的内径，m； 

q_sc-标准状态下的气体流量，m³/d； 

p-压力，MPa； 

Z-压缩因子，无量纲； 

T-温度，K； 

(c)、根据水合物生成的相平衡条件、井筒的温度和压力分布，得到井筒内的水合物相平衡曲线 

根据水合物生成的相平衡条件，计算出各深度对应压力下的水合物生成临界温度，得到井筒内的水合物相平衡曲线； 

(d)、获取水合物生成区域 

在同一坐标系中画出井筒内温度分布曲线和井筒内水合物相平衡曲线。若在某一深度处，井筒温度低于对应位置处的水合物生成临界温度，则此处有水合物生成。若在某一区域井筒温度低于对应位置处的水合物生成临界温度，则此区域为有水合物生成区域。若不存在这样的区域，即井筒内没有水合物生成。由这两条曲线即可获得水合物的生成区域； 

(4)、确定井下节流阀的开度 

判断水合物生成区域：若井筒温度分布曲线与水合物相平衡曲线恰好相切，说明此时井筒内恰巧没有水合物生成，此时的井下节流阀的开度恰巧满足要求；若井筒温度分布曲线与水合物相平衡曲线相交，说明此时井筒内有水合物生成，两曲线所围区域对应的深度区域 就是水合物的生成区域，需要减小节流阀的开度，返回步骤6，直到两条曲线相切；若井筒温度分布曲线与水合物相平衡曲线相离，说明此时井下节流阀的开度偏小，需要增加井下节流阀的开度，再返回步骤6，直到两条曲线相切； 

(5)、连接深水气井测试系统，井下节流阀安装在产层以上200m的位置处； 

(6)、根据地层压力替换测试管柱内的测试液，封隔器坐封；将节流阀的开度调整到上面计算要求的开度。 

(7)、利用射孔枪射孔揭开产层，打开气嘴，开始测试。