[发明专利]一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置

说明书

本发明提供了一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，该装置由储液罐、容积泵、阀门、单向阀、液体流量计、压力表、气泡发生器、钻杆、旋转电机、井筒、气体流量计、电磁阀、空气压缩机、甲烷瓶、氮气瓶、回压阀、气体量筒组成；通过测量气体注入排量和出口排量，利用两者排量之差，可以计算任意时刻的气体溶解速度；气体流动空间为钻杆和井筒组成的环形空间，钻杆在旋转电机带动下以不同转速旋转，模拟钻井时钻杆旋转环境；通过改变从井筒上方注入到井筒内的不溶解于油基钻井液的氮气，可改变井筒中的压力；通过电磁阀在甲烷和氮气注入管线上的同步一开一关，实现甲烷和氮气的切换注入。本发明克服了现有装置不能测量具有环空结构且钻杆旋转及气体流动条件下气体在油基钻井液中溶解速度的问题，具有结构简单，操作方便的优点。

技术领域

本发明涉及一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，涉及到石油与天然气钻井领域。

背景技术

在钻井过程中，泵失效、套管压力降低或起钻抽吸等都会造成井底压力比地层压力低，使得井筒处于欠平衡状态，可能会引发气侵。若气侵处理不当，会导致井涌或井喷等钻井事故，损失巨大。气侵有效监测及处理的关键在于井筒压力的准确预测及有效控制。对于油基钻井液钻井发生气侵事故时，气体并非瞬时全部溶解于油基钻井液中，而是以一定速度逐渐溶解于油基钻井液中。气体向油基钻井液内的溶解速度影响着不同时刻井筒内自由气和溶解气的比例，从而对井筒内流体重力压降和摩擦压降产生影响，最终影响井筒压力的大小。因此，合理分析钻井过程中侵入气体在油基钻井液中的溶解速度是准确预测气侵后井筒压力的前提。

气体类型、温度、压力、气-液界面大小和扰动程度是影响气体在油基钻井液中溶解速度的重要因素。目前的气体溶解速度测试均是在密闭容器中进行的，依据密闭容器的压力变化，进而测量静态条件下不同气体类型、温度和压力下的气体溶解速度。但是这类装置不能模拟钻井过程中流体在环空中流动条件以及钻柱旋转对气-液界面更新的影响，所得到的气体溶解速度与钻井气侵过程中的实际情况存在差异。为了更准确的测量在钻井气侵过程中的气体溶解速度，就需要设计相应的实验装置。

发明内容

本发明的目的是：为了提供一种可以测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置，利用气体注入-出口排量差法，可以有效测定油基钻井液钻井发生气侵时气体在油基钻井液中的溶解速度。