一种模拟天然气水合物钻直井实验装置的制作方法

本实用新型涉及天然气水合物钻井技术领域的一种模拟天然气水合物钻直井实验装置。

背景技术：

天然气水合物是蕴藏在海底和高原冻土地带的一种非常规能源，其所含有的碳含量储量是目前世界已发现的煤、石油与天然气碳含量的总和的两倍。所以天然气水合物是目前能源研究的重点，天然气水合物的开发还处在初级阶段，对于天然气水合物钻井过程中所发生的工程问题还有待解决。在天然气水合物钻井过程中，天然气水合物固体和钻井液一起从井筒往上返，在上返过程中将分解为甲烷和水，随着分解的进行气体不断膨胀，导致环空压力及井口压力增加。钻头破岩速度的快慢对地层的影响，及钻进速度的快慢对钻井的影响，钻至天然气水合物层时对钻进速度的影响等问题都需要进行研究。因此，对于天然气水合物钻直井过程中所出现的一些工程问题有必要进行实验研究，对于实验室内需发明一种模拟天然气水合物钻直井实验装置来模拟天然气水合物钻直井过程，为解决实际现场工程问题提供依据。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供了一种模拟天然气水合物钻直井实验装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型一种模拟天然气水合物钻直井实验装置，主要由绞车、钢丝绳、固定端、玻璃圆筒、支架、滑轮、电机、气体入口、液体流量计、水泵、贮水槽、钻杆、轴承、扶正块、钻头、水层、岩屑层A、尼龙层、岩屑层B、液固两相分离器、电加热干燥器、岩屑收集桶、尼龙收集桶和混合物出口组成。实验装置上部设有滑轮、电机、气体入口和钻杆，中部设有钻头和玻璃圆筒；下部设有水层、岩屑层A、尼龙层、岩屑层B和混合物出口。水层、岩屑层A、尼龙层和岩屑层B的高度一样都为0.8m，且岩屑层A和岩屑层B内为一样的岩屑；在整个模拟实验过程中所使用的岩屑和尼龙颗粒直径为3mm；玻璃圆筒采用透明亚克力玻璃制作而成，用于模拟实际工况下的隔水管；整个实验过程采用可视化实验。在整个实验过程中钻杆模拟真实工况下的钻杆，钻头模拟真实工况下的钻头，水层、岩屑层A、尼龙层和岩屑层B分别模拟海水层、地层、水合物层和地层，贮水槽中的水模拟真实工况下钻井液。

本实用新型的优点：使用方便快捷，实验设计符合天然气水合物特点，能很好的模拟天然气水合物钻直井过程中钻头破岩现象，为天然气水合物钻井现场实际提供参考依据。

附图说明

图1是本实用新型一种模拟天然气水合物钻直井实验装置的结构示意图。

图中：1.绞车，2.钢丝绳，3.固定端，4.玻璃圆筒，5.支架，6.滑轮，7.电机，8.气体入口，9.液体流量计，10.水泵，11.贮水槽，12.钻杆，13.轴承，14.扶正块，15.钻头，16.水层，17.岩屑层A，18.尼龙层，19.岩屑层B，20.液固两相分离器，21.电加热干燥器，22.岩屑收集桶，23.尼龙收集桶，24.混合物出口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种模拟天然气水合物钻直井实验装置，主要由绞车1、钢丝绳2、固定端3、玻璃圆筒4、支架5、滑轮6、电机7、气体入口8、液体流量计9、水泵10、贮水槽11、钻杆12、轴承13、扶正块14、钻头15、水层16、岩屑层A17、尼龙层18、岩屑层B19、液固两相分离器20、电加热干燥器21、岩屑收集桶22、尼龙收集桶23和混合物出口24组成。实验装置上部设有滑轮6、电机7、气体入口8和钻杆12，中部设有钻头15和玻璃圆筒4；下部设有水层16、岩屑层A17、尼龙层18、岩屑层B19和混合物出口24。

如图1所示，具体模拟过程为：首先开动电机7，使电机7通过钻杆12带动钻头15进行旋转；水从贮水槽11出来后依次经过水泵10加压和液体流量计9计量后从气体入口8进入钻杆12内部，此时通过转动绞车1使钢丝绳2通过滑轮6往下放，用来模拟钻杆往下钻的过程。在下放的过程中钻头先在玻璃圆筒4内通过水层，模拟钻头通过隔水管；当钻头15往下运动至岩屑层A17时继续按照一定速度往下放，使钻头15进入岩屑层A17内部，此时模拟钻头钻到海底泥层，继续往下放；当钻头15往下运动进入尼龙层18时，此时模拟钻头进入天然气水合物层。由于在整个模拟过程中为可视化模拟，通过录像机可记录下这个实验过程中的实验现象，然后进行后续分析。在整个实验过程中产生的水、尼龙和岩屑这三者混合物将从混合物出口24流出至液固两相分离器20进行液固两相分离，分离出的液体返回至贮水槽11进行重新使用；分离出的尼龙和岩屑进入电加热干燥器21进行干燥后，尼龙和岩屑分别进入尼龙收集桶23和岩屑收集桶22进行重新使用，即整个模拟过程结束。