[发明专利]天然气水合物地层钻井模拟装置

权利要求书

1.一种天然气水合物地层钻井模拟装置，其特征在于，包括水合物岩心模拟系统、钻进系统、钻井液注入系统、钻井液处理系统；其中：

所述水合物岩心模拟系统包括水合物地层模拟井筒(1)、人造岩心(35)、水浴夹套(30)、低温水浴(27)；所述人造岩心(35)填充于水合物地层模拟井筒(1)的内腔中，所述水浴夹套(30)包裹在水合物地层模拟井筒(1)的外侧，低温水浴(27)与水浴夹套(30)连接，用于控制水合物地层模拟井筒(1)内部环境的温度；

所述钻井系统包括支架、高压转联装置(2)、液压装置、钻进装置，其中，所述高压转联装置(2)为固定安装于水合物地层模拟井筒(1)上侧的中空结构，该中空结构与水合物地层模拟井筒(1)的内腔相连通；所述支架包括底座(4)、立柱(3)、井筒固定支架(5)、转联器固定支架(6)、电机平台(7)，所述立柱(3)安装在底座(4)的一侧，井筒固定支架(5)、转联器固定支架(6)以及电机平台(7)的一侧均固定连接在立柱(3)上，它们的另一侧分别与水合物地层模拟井筒(1)、高压转联装置(2)以及钻进装置固定连接，所述钻进装置包括钻杆(46)，所述钻杆(46)伸入高压转联装置(2)的中空结构中并延伸至水合物地层模拟井筒(1)的内腔；所述液压装置与钻杆(46)连接，用于为钻杆(46)提供所需的下压力；

所述钻井液注入系统包括泥浆罐(14)、泥浆冷却装置(15)、搅拌装置(16)、第一泥浆泵(17)、加热器(18)、第二泥浆泵(19)、钻井液流量计(20)、溢流阀(21)；第一泥浆泵(17)和第二泥浆泵(19)的入口管线均与泥浆罐(14)连接，第一泥浆泵(17)的出口管线与加热器(18)的入口管线相连，第二泥浆泵(19)出口管线与加热器(18)出口管线通过三通接头汇合，三通接头出口设有温度传感器用于测量泥浆温度；混合后的泥浆连接后通过三通接头分成两路，一路通过管路经钻井液流量计(20)与泥浆入口(44)相连，一路通过溢流阀(21)与泥浆罐(14)相连，泥浆冷却装置(15)、搅拌装置(16)设置于泥浆罐(14)中；

所述钻井液处理系统包括高压除砂器(22)、背压及溢流控制系统(23)、气液分离器(24)、液体流量计(25)、气体流量计(26)；所述高压除砂器(22)的入口通过管路与高压转联装置(2)上设置的泥浆出口(45)相连，高压除砂器(22)的出口经背压及溢流控制系统(23)与气液分离器(24)相连，气液 分离器(24)流出的气体通过气体流量计(26)计量，气液分离器(24)流出的液体经过液体流量计(25)返回到泥浆罐(14)中。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物地层钻井模拟装置，其特征在于，所述水合物地层模拟井筒(1)的内腔为180mm×180mm×180mm的立方体，其耐压范围为0～30MPa。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物地层钻井模拟装置，其特征在于，所述水合物地层模拟井筒(1)包括筒体(32)、上法兰(31)、和下法兰(33)，所述上法兰(31)、和下法兰(33)分别固定于筒体(32)的上、下两侧；高压转联装置(2)与上法兰(31)固定，所述下法兰(33)和上法兰(31)上分别设置有与水合物地层模拟井筒(1)内腔相连通的气液入口(28)和气液出口(34)。

4.根据权利要求3所述的天然气水合物地层钻井模拟装置，其特征在于，所述钻进装置进一步包括伺服电机(8)、第一齿轮(9)、第二齿轮(10)、钻头(47)，伺服电机(8)安装在电机平台(7)上，伺服电机(8)的旋转轴连接第一齿轮(9)，与第一齿轮(9)相啮合的第二齿轮(10)固定套接于钻杆(46)上；钻杆(46)的输出端与钻头(47)连接，钻杆(46)为空腔结构，在所述空腔中安装有单向阀(48)，钻杆(46)的外径小于高压转联装置(2)中空结构的内径，钻杆(46)的表面开孔用于钻井液通过泥浆入口(44)注入钻杆(46)的空腔内。

5.根据权利要求4所述的天然气水合物地层钻井模拟装置，其特征在于，所述钻头(47)在人造岩心(35)中的最大钻进距离为150mm，钻头(47)的直径为25mm，钻杆(46)的直径为16mm。