[发明专利]一种用于对天然气水合物钻井液进行多相分离的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于对天然气水合物钻井液进行多相分离的实验装置，包括固相分离器、注液模块、注气模块和气液分离器，所述固相分离器包括第一过滤装置和第二过滤装置，所述注气模块向固相分离器注入气体，所述注液模块向固相分离器注入液体，所述气液分离器通过压力控制阀与固相分离器连通。本发明还公开了一种采用上述实验装置进行实验的方法。本发明的实验装置及方法通过注液模块和注气模块相结合，使得固相分离器始终处于气液混合的高压状态，从而实现在高压下对天然气水合物钻井液进行多相分离的同时，避免钻井液在分离过程中生成新的水合物；通过固相分离器中的双过滤装置，能够有效去除钻井液中的固体颗粒，防止设备出现堵塞。

技术领域

本发明涉及天然气水合物多相分离技术领域，具体涉及一种用于对天然气水合物钻井液多相分离计量的系统及方法。

背景技术

天然气水合物俗称“可燃冰”，在自然界广泛分布于大陆永久冻土区、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起带和一些内陆湖的深水环境。由于天然气水合物形成与赋存条件的特殊性，迄今为止除了海底钻探和海底沉积物取样作业获得少量天然气水合物样品外，全球绝大多数天然气水合物的分布是通过物探调查获得的证据间接确认的。虽然人们对天然气水合物的赋存、分布和特征的理解取得了巨大的进步，但是为了进一步加强水合物在能源资源、地质灾害和对气候变化的影响方面的认识，还需要进行更多的科学钻探和井孔测试，但是在这之前还需要解决一系列重要的科学性问题和技术性挑战。

天然气水合物的形成和稳定需要非常特殊的高压低温环境，在进行天然气水合物钻井过程中，钻头切削岩石的过程、井底钻具与井壁和岩心的摩擦会产生大量的热能，以及井壁和井底附近地层应力释放，这些都会造成天然气水合物分解产生气体和分解水，大大降低沉积物的地质力学稳定性。由于天然气水合物矿藏特别是海域的天然气水合物通常赋存于相对较浅的深度，相对于传统油气藏，在天然气水合物的钻采过程中更容易出现气渗出、气泄漏和套管坍塌等风险。

针对天然气水合物矿藏钻井过程中可预见的风险，需要对各类性质天然气水合物钻井过程有关的全部地质灾害产生机理与控制方法展开研究。国际上展开的有限的几次水合物试采中，均对钻井过程可能引起的地质变化与危害作为重点研究内容。例如，成立于2001年的墨西哥湾天然气水合物联合产业项目，部分研究任务就是在水合物沉积层钻井所带来的有关危害。然而，由于现场试验耗资巨大，成本高昂，且只适合于已发现天然气水合物实物样品的国家。因而通过在实验室建立实验模拟仪器及设备，模拟自然界天然气水合物成藏环境，并研究钻井过程的规律和影响机制是降低钻采风险的有效途径与必要手段。由于实验模拟研究成本较低，且是其它研究的基础，因此，天然气水合物钻井实验模拟研究就成为当前天然气水合物钻井技术研究最为可行的研究方法。

在实验室模拟过程中，在向模拟地层钻井眼时，通常钻井液沿空心钻柱向下泵送到钻头，钻井液用于从钻进的井下位置向外传送由钻井过程产生的固体颗粒物。与传统钻井不同，天然气水合物钻井过程返回的钻井液混合物会携带大量气体与未分解的水合物。为了准确的了解井下钻井过程，需要对钻井液的气体携带量与产水量进行实时的测量。由于水合物地层模拟过程中，需要保持高压低温状态，这就需要在高压下对钻井液混合物进行多相分离，以便测定。同时还要保证防止分离过程中气体与液体发生反应形成新的水合物，避免导致设备的堵塞与测量的不准确。

因此，需要提供一种设备对高压高流速的天然气水合物钻井液进行分离，确保钻井过程产生的干研磨性小颗粒从钻井液中分离，并对其携带的气体与液体实时分离计量。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种天然气水合物钻井液多相分离系统，适用于从天然气水合物钻井液中除去固体并可以实时对产气与产水量进行计量，为准确了解水合物井下钻井过程提供实验数据及理论依据。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于对天然气水合物钻井液进行多相分离的实验装置，包括固相分离器、注液模块、注气模块和气液分离器，其中：