[发明专利]一种深海钻井中隔水管内泥浆循环模拟实验方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥浆循环模拟实验方法和装置，特别是关于一种深海钻井中隔水管内泥浆循环模拟实验方法和装置。

背景技术

气侵即海底开采出的气体侵入钻井液后，在井底受海底压力，气体体积很小，但随着钻井液循环上返，气体上升速度越来越大，气体体积逐渐膨胀增大，特别是当气体接近海平面时膨胀速度极为惊人，如果未及时发现就会造成井喷等严重危害。因此气侵的早期在线监测是海洋深水钻井的一个极其重要的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以更深入的研究和了解气侵发生时泥浆流动情况的深海钻井中隔水管内泥浆循环模拟实验方法和装置，对研究高效稳定的气侵检测方法具有非常重要的作用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深海钻井中隔水管内泥浆循环模拟实验方法，包括以下步骤：

1)设置深海钻井中隔水管内泥浆循环模拟实验装置，包括设置有透明可视有机玻璃段的铁质循环管、第一压力传感器、第一温度传感器、高压循环泥浆泵、泥浆搅拌桶、电机、计量泵、释放罐、真空泵、空压机、清水管、高压气瓶、第二压力传感器、第二温度传感器、恒压阀、超声波传感器、泥线处溢流监测装置样机和主计算机；

2)使用清水管分别向铁质循环管、泥浆搅拌桶、计量泵和释放罐中注入清水，当清水注满后，低功率运行高压循环泥浆泵和电机，对注入实验装置中的清水进行搅动；

3)将清水排出实验装置外，打开空压机，向实验装置中吹入高速气体，将残留的水分排出并将实验装置吹干；

4)根据所需泥浆浓度计算配置泥浆的各材料组分用量，并将各材料组分加入泥浆搅拌桶，开启电机，对泥浆进行搅拌，获得所需泥浆；

5)将步骤4)中配置好的泥浆通过计量泵注入铁质循环管，当泥浆水位高度溢过透明可视有机玻璃段时，停止泥浆注入；

6)使用真空泵将铁质循环管中的空气抽出；继续向铁质循环管注入泥浆，通过铁质循环管上的第一压力传感器观察铁质循环管中的压力，当压力达到预定值时，停止注入泥浆；

7)打开高压循环泥浆泵，为铁质循环管中的泥浆流动提供动力，并通过调节高压循环泥浆泵的变频器档位，使铁质循环管中的泥浆流动速度稳定到预定的泥浆流动速度，模拟非气侵状态下深海钻井过程中，泥浆在管道中的流动情况；

8)使用高压气瓶向铁质循环管中注入气体，模拟气侵状态下深海钻井过程中，泥浆在管道中的流动情况；

9)泥浆循环模拟实验结束后，将铁质循环管中的泥浆流入释放罐中，其中，泥浆中的气体在释放罐中析出，并通过恒压阀的控制排出实验装置外；释放罐中的泥浆重新进入泥浆搅拌桶进行回收；

10)执行步骤2)和步骤3)，对实验装置进行清洗。

所述步骤4)中，对泥浆搅拌桶中的泥浆浓度进行测量，并针对测量结果重新计算需另外添加的材料组分用量，将其再次加入泥浆搅拌桶继续搅拌，直至泥浆浓度达到预定要求。

所述步骤6)中，若铁质循环管中的压力高于预定压力值时，将铁质循环管中的部分泥浆流入释放罐中，降低铁质循环管中的压力。

所述步骤6)中，使用真空泵将铁质循环管中的空气抽出，使铁质循环管内非泥浆段达到99％以上的真空度。

所述步骤7)中，利用超声波传感器获得此时铁质循环管中泥浆运动状态的信号，并将该信号传递给泥线处溢流监测装置样机，通过泥线处溢流监测装置样机显示在主计算机的显示屏上。

所述步骤8)中，使用高压气瓶向铁质循环管中注入气体，模拟气侵状态下深海钻井过程中，泥浆在管道中的流动情况；具体包括以下步骤：

(1)通过第一压力传感器和第一温度传感器分别获得铁质循环管内的泥浆压力及泥浆温度，通过第二压力传感器和第二温度传感器分别获得注入前气体压力和气体温度；

(2)在确认气体压力大于泥浆压力的前提下，调节位于高压气瓶和铁质循环管之间管道上的恒压阀，使恒压阀的值大于泥浆压力，将高压气瓶中的气体注入向铁质循环管中；

(3)根据理想气体状态方程PV＝nRT计算气体的注入量，其中P为理想气体的压强，V为理想气体的体积，n为理想气体物质的量，T为理想气体的热力学温度，R为理想气体常数，当气体的注入量达到预定量时，停止注入气体；

(4)利用超声波传感器获得此时铁质循环管中泥浆运动状态的信号，并将该信号传递给泥线处溢流监测装置样机，通过泥线处溢流监测装置样机显示在主计算机的显示屏上。