[发明专利]监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置

摘要

本发明涉及一种监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置，包括：井筒‑水合物储层耦合传热传质单元以及钻井液循环单元；井筒‑水合物储层耦合传热传质单元通过填砂压实的方法模拟储层结构，为多孔介质中水合物的生成、分解与再生成提供反应场所，并利用包括温压传感、电阻抗传感、超声波监测、TDR监测以及核磁共振追踪同位素在内的多种监测手段，实时记录储层内不同位置的物性参数变化；钻井液循环单元用于模拟不同钻进参数的钻井液循环；该装置可以模拟不同水深条件下的水合物储层，在钻井液侵入过程中，监测井筒‑储层传热传质时储层内部温度、压力、电阻抗的变化和分解流体、原始固相水合物等物质的迁移规律。

主权项

1.一种监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性动态变化规律的方法，其特征在于，采用监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置，监测深水钻井液侵入过程水合物储层物性变化的装置包括：井筒‑水合物储层耦合传热传质单元以及钻井液循环单元；井筒‑水合物储层耦合传热传质单元通过填砂压实的方法模拟储层结构，为多孔介质中水合物的生成与钻井液侵入条件下水合物的分解与再生成提供反应场所，并利用包括温度压力传感、电阻抗传感、超声波监测、TDR监测以及核磁共振追踪同位素在内的多种监测手段，实时记录储层内不同位置的物性参数变化；钻井液循环单元用于模拟不同钻进参数的钻井液循环，并利用循环前后流量计之差计量侵入钻井液量；其中，井筒‑水合物储层耦合传热传质单元包括竖直直筒管柱、水平直筒管柱、水平直筒管柱盖塞，水平直筒管柱上贴近竖直直筒管柱位置竖直设长于水平直筒管柱内径的滑道，滑道内设置刚性连接的可控伸缩管与绝热绝缘闸板，可控伸缩管驱动绝热绝缘闸板来完成对竖直直筒管柱和水平直筒管柱之间的封割；水平直筒管柱沿水平轴线方向等间距均匀安装综合传感器；所述方法具体步骤为：(1)填砂注气液，降温增压模拟水合物储层驱动可控伸缩管，将绝热绝缘闸板推至水平直筒管柱底部，将竖直直筒管柱和水平直筒管柱完全封隔起来；卸下水平直筒管柱盖塞，按照预设的储层基质与孔隙度选择砂石种类与粒径，向水平直筒管柱内填砂直至溢出，安装水平直筒管柱盖塞，随后将水平直筒管柱内部抽真空；用水浴法为水平直筒管柱制冷，直至综合传感器获取的温度数据与第三温度表的读数一致，达到预设值并稳定不变；按照预设的气体种类、液体种类以及混合比例在气液混合供给单元配置所需流体，并向水平直筒管柱内注入，直至综合传感器获取的压力数据与第三压力表读数一致，达到预设值并稳定不变，此时认为多孔介质内水合物已达到该条件下相平衡，根据气液混合供给单元内流体的消耗量可估算储层内水合物饱和度；(2)循环钻井液，模拟侵入储层传热传质打开并设置高压往复循环泵和可控加热器，将泥浆池中依照预设离子种类和浓度配置的钻井液，按照预设的循环排量和温度注入竖直直筒管柱中；调节回压阀，以控制竖直直筒管柱和水平直筒管柱内压力恒定为预设值；观察第二压力表和第二温度表，当读数达到预设值并稳定不变时，驱动可控伸缩管，将绝热绝缘闸板上拉，直至竖直直筒管柱和水平直筒管柱完全连通，此时开始模拟循环钻井液侵入水合物储层；(3)监测储层物性变化，分析钻井液侵入动态规律采集综合传感器、核磁共振系统、超声波雾化探头、同轴型TDR探针、第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表、第一温度表、第二温度表的实时信号，并将这些信号转化为相应的数据进行处理分析；其中，综合传感器记录的是储层不同位置的温度、压力、电阻抗，反映钻井液侵入条件下储层温度场、压力场和电阻抗场随时间的变化；核磁共振系统追踪并记录的是预设放射性元素所在物质的运动轨迹，反映钻井液侵入条件下储层内原有的某特定物质受水合物分解、二次生成和钻井液屈替的影响而发生的迁移规律；当储层内发生物理或化学反应时，预设放射性元素会从原始所在物质中转换到新的物质中，监测其实时的位置状态，可以推断储层内部动态及反应进展；为提升准确度，一次仅标记一种放射性元素；超声波雾化探头记录的是不同频率声波折返所用的时间，反映储层内水合物饱和度和含水率；同轴型TDR探针记录的是电磁波反射后得出的波形图，从而计算储层内不同位置的介电常数，反映储层内水合物饱和度和含水率，与超声波雾化探头相互验证，从而修正误差；第一流量计记录的是钻井液进入竖直直筒管柱的流量，第二流量计记录的是钻井液流出竖直直筒管柱的流量，通过第一流量计和第二流量计可以计算出钻井液侵入储层的总滤失量；第一压力表和第一温度表记录的是钻井液流出竖直直筒管柱的压力和温度，第二压力表和第二温度表记录的是钻井液进入竖直直筒管柱的压力和温度，通过第一压力表、第二压力表、第一温度表、第二温度表可以估测出钻井液传递给储层的总能量。