测定钻井过程中水合物储层分解速率的装置及方法与流程

技术特征：
1.一种测定钻井过程中水合物储层分解速率的装置，包括：水合物生成分解单元、辅助单元及测定单元，其特征在于：水合物生成分解单元模拟钻井过程中水合物储层的环境条件，为水合物的生成与分解提供场所；辅助单元为水合物的生成提供气源和液源；测定单元测量水合物储层的分解速率以及分解气量；水合物生成分解单元，包括：恒温箱、反应釜、钻机、第一储液容器；恒温箱内放置有反应釜，恒温箱顶部固定有支架，支架上放置有钻机，钻机下端连接有钻杆，钻杆下端安装钻头，钻杆顶端外部环有密封装置；钻机钻速可调，第一储液容器通过第一输送管线穿过密封装置与钻杆顶端相连，第一输送管线上自第一储液容器至钻杆方向依次设有泥浆泵、流量计和单向阀；反应釜内按设定的比例和分布放置定量的沙、石，恒温箱控制反应体系的温度；反应釜顶端设有进气孔、进液孔、排气孔，排气孔居中，钻杆通过排气孔下入反应釜内，进气孔和进液孔位于排气孔两侧；反应釜设有第三压力传感器、电阻抗传感器、温度传感器，第三压力传感器、电阻抗传感器、温度传感器均与计算机数据处理系统相连；辅助单元，包括：真空泵、真空表、高压气瓶、恒压恒速泵、注液装置；真空泵通过第二输送管线与进气孔相连，第二输送管线上自真空泵至进气孔方向依次设有第一控制阀和真空表；高压气瓶通过第三输送管线与进气孔相连，第三输送管线上自高压气瓶至进气孔方向依次设有恒压恒速泵、第三控制阀、第二压力传感器；注液装置通过第四输送管线与反应釜上的进液孔相连，第四输送管线上自注液装置至进液孔方向依次设有第一压力传感器、第二控制阀；注液装置由液体连通器和手动泵构成，液体连通器盛装所需的配置溶液，通过手动泵将配置溶液注入到反应釜中；测定单元，包括：调压阀、气液分离器装置、密闭排液容器、称重装置、第三储液容器；排气孔通过第五输送管线与气液分离器装置相连，第五输送管线上自排气孔至气液分离器装置方向依次设有第四压力传感器、调压阀和第四控制阀；气液分离器装置下部设有液孔，液孔通过第六输送管线与第二储液容器相连，第二储液容器盛装分离出的液体；气液分离器装置上端开有气孔，气孔通过第七输送管线与密闭排液容器的顶端相连；密闭排液容器通过第八输送管线与第三储液容器相连，第八输送管线伸入密闭排液容器内腔且靠近底部，第三储液容器置于称重装置上，称重装置与计算机数据处理系统相连；密闭排液容器通过排水法测量气液分离后气体的体积，第三储液容器用于盛装排水法排出的水，称重装置测量排出水的质量，计算机数据处理系统用于采集、储存并分析实时的质量数据。2.一种测定钻井过程中水合物储层分解速率的方法，采用权利要求1所述测定钻井过程中水合物储层分解速率的装置，具体步骤如下：(1)、调整装置的温度、压力，模拟水合物生成在反应釜中按设定的比例和分布放置定量的沙、石，以模拟相应的储层环境，关闭整个装置的所有阀门；打开第一控制阀，打开真空泵，抽出反应釜内的气体，直至真空表读数为负；关闭真空泵，关闭第一控制阀；配置指定浓度的离子溶液，放入注液装置的液体连通器内；打开第二控制阀，转动注液装置中的手动泵将配置溶液注入到反应釜内，注入过程中通过观察第一压力传感器压力读数来调整手动泵的转速，观察并记录液体连通器上的体积读数，直至第一压力传感器压力读数与液体连通器上的体积读数达到预设值，停止转动手动泵，关闭第二控制阀；将恒温箱的温度调整至预设值，对反应釜加热，直至恒温箱实际温度读数变化小于±0.01℃；打开第三控制阀，打开恒压恒速泵，设置指定压力，将高压气瓶内气体输送进反应釜中，观察并记录第二压力传感器、第三压力传感器、电阻抗传感器、温度传感器实时读数，持续注气，直至第二压力传感器、第三压力传感器读数达到预设值，且电阻抗传感器、温度传感器读数趋于稳定，即反应釜内水合物在预设压力下生成完全后，关闭第三控制阀，关闭恒压恒速泵；(2)、模拟钻井过程，采集水合物分解时的参数数据配置泥浆并放入第一储液容器，打开泥浆泵，向钻杆内部注入循环泥浆，利用流量计和单向阀监测控制泥浆流量和流向；打开称重装置，并进行归零处理；打开第四控制阀，通过调整调压阀，使第四压力传感器的读数维持为固定值P不变，并利用排水法收集气液分离后排出的气体，直至称重装置上读数不再变化，即水合物分解完全，关闭第四控制阀；设定极小时间间隔0.001～0.002s为dt，记录称重装置在每段极小时间间隔dt内的读数m1；打开钻机电源，调整钻速至设定值，带动钻杆及钻头，从而模拟钻进过程；(3)、计算不同条件下水合物的实时分解速率记录称重装置在每段极小时间间隔dt内的读数m1，可通过以下公式换算成排水法排出液体的体积：式中，V1——排出液体的体积；m1——排出液体的质量；ρ1——排出液体的密度；分离后排出气体的体积为：V2＝V1式中，V1——排出液体的体积；V2——分离后排出气体的体积；分离后排出气体的物质的量由以下公式计算：式中，n2——分离后排出气体物质的量；V2——分离后排出气体的体积；ρ2——分离后排出气体的密度；M2——分离后排出气体的分子质量；设dt时间内排出气体物质的量的改变量为dn2，则水合物的实时分解速率可由以下公式计算：式中，u2——水合物的实时分解速率；dt——设定极小时间间隔0.001～0.002s；dn2——在dt时间内排出气体物质的量的改变量；通过调节恒温箱，改变反应体系的温度，进行多次操作，研究温度对水合物分解的影响；通过调节恒压恒速泵，改变反应体系的压力，进行多次操作，研究压力对水合物分解的影响；通过调节钻机，改变钻头的转速，进行多次操作，研究钻头转速对水合物分解的影响；通过调节泥浆泵的泵速，进行多次操作，研究排量对水合物分解的影响；通过调节第一储液容器内的温度，进行多次操作，研究泥浆钻井液注入温度对水合物分解的影响；通过改变注入装置中液体连通器内配制溶液的浓度，进行多次操作，研究溶液浓度对水合物分解的影响；通过改变注入装置中液体连通器内配制溶液的离子种类，进行多次操作，研究溶液离子种类对水合物分解的影响。