一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置的制作方法

本实用新型涉及天然气水合物开发室内实验领域，具体涉及一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置。

背景技术：

天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m³天然气水合物可含164m³甲烷气和0.8m³的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。

要对赋藏在地下一定深处的天然气水合物进行勘探和开发，钻井是必不可少的重要手段。天然气水合物的相平衡性质决定了此类地层钻井与一般油气地层钻井有很大不同，也导致这类地层钻井面临更加复杂的井内问题，要确保天然气水合物地层钻井安全顺利地进行，就必须采取措施对井内温度和压力进行严格控制，利用具有良好低温性能的钻井液尽可能控制并降低水合物的分解程度。

目前适应天然气水合物的低温、高压环境的反应容器相对较少，而且普遍的做法是将普通的反应釜放入低温恒温箱，进而降低反应釜温度来进行天然气水合物模拟实验，此种方法耗费了大量的人力物力，实验参数精确度很低，并且难以实现模拟天然气水合物钻井，难以实现测试天然气水合物钻井液性能，因此设计一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置，本实用新型装置结构简单使用方便，可在反应容器内人工合成天然气水合物，并通过压力传感器、温度传感器、观察口对反应容器内部天然气水合物的生成、模拟钻井进行精细观察，可测试不同温度、不同压力、不同钻井液配方及其他因素下钻井液的性能，提高了工作效率、提高了天然气水合物实验精度，为天然气水合物低温钻井提供一定技术支持。

本实用新型实施例提供一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置，包括模拟地层系统和模拟钻井系统。

所述模拟地层系统用于在其内部人工合成天然气水合物以模拟实际天然气水合物储藏，包括反应容器、上盖板、固定卡扣、注气口、注水口、压力传感器、温度传感器、观察窗口、密封盖、模拟钻井入口、保温层、制冷层，上盖板与反应容器通过固定卡扣密封连接，观察窗口位于反应容器外表面，注气口、注水口、压力传感器、温度传感器、模拟钻井入口位于上盖板顶部，密封盖通过螺纹连接模拟钻井入口，保温层、制冷层位于反应容器内部。

所述模拟钻井系统用以模拟实际钻井平台钻井作业，包括电动机、模拟钻杆、模拟钻头、三通接头、支架、上部连接卡扣、钻井液入口、流量计、增压泵、钻井液储罐、连接软管、收集容器，电动机与模拟钻杆相连接，模拟钻头位于模拟钻杆底部、三通接头内部，钻井液储罐、增压泵、流量计通过管道依次连接于钻井液入口，钻井液入口连接于模拟钻杆，收集容器通过连接软管连接于三通接头，模拟钻杆固定于支架上，上部连接卡扣位于支架底部，用于连接模拟地层系统中的固定卡扣。

所述三通接头包括密封环、连接螺纹、钻井液出口，密封环用于密封模拟钻杆，连接螺纹用于连接模拟钻井入口，钻井液出口与收集容器通过连接软管连接。

本实用新型实施例的一种测试天然气水合物钻井液性能的实验装置有益效果是：1)本实用新型装置结构简单使用方便，成本低廉，适合大范围推广；2)本实用新型装置可在反应容器内人工合成天然气水合物，并通过压力传感器、温度传感器、观察口对反应容器内部天然气水合物的生成、模拟钻井进行精细观察；3)本实用新型装置可实现模拟不同地层岩性天然气水合物生成实验，操作时将模拟岩心放入反应容器，低温、高压下注入水和天然气即可模拟实际的天然气水合物储藏，相对传统实验装置，本实用新型此项功能更为便捷；4)本实用新型装置可测试不同温度、不同压力、不同钻井液配方及其他因素下钻井液的性能，提高了工作效率、提高了天然气水合物实验精度，为天然气水合物低温钻井提供一定技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为模拟地层系统外观示意图。

图2为反应容器剖面图。

图3为上盖板示意图。

图4为模拟钻井系统示意图。

图5为三通接头结构图。

附图标号：1、反应容器2、上盖板3、固定卡扣4、注气口5、注水口6、压力传感器7、温度传感器8、观察窗口9、密封盖10、观察刻度11、保温层12、制冷层13、模拟钻井入口14、电动机15、模拟钻杆16、模拟钻头17、三通接头18、支架19、上部连接卡扣20、钻井液入口21、流量计22、增压泵23、钻井液储罐24、连接软管25、收集容器26、密封环27、钻井液出口28、连接螺纹。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型包括模拟地层系统和模拟钻井系统。

所述模拟地层系统包括反应容器1、上盖板2、固定卡扣3、注气口4、注水口5、压力传感器6、温度传感器7、观察窗口8、密封盖9、模拟钻井入口13、保温层11、制冷层12，上盖板2与反应容器1通过固定卡扣3密封连接，观察窗口8位于反应容器1外表面，观察刻度10位于观察窗口8表面，注气口4、注水口5、压力传感器6、温度传感器7、模拟钻井入13口位于上盖板2顶部，密封盖9通过螺纹连接模拟钻井入口13，保温层11、制冷层12位于反应容器1内部。

所述模拟钻井系统包括电动机14、模拟钻杆15、模拟钻头16、三通接头17、支架18、上部连接卡扣19、钻井液入口20、流量计21、增压泵22、钻井液储罐23、连接软管24、收集容器25，电动机14与模拟钻杆15相连接，模拟钻头16位于模拟钻杆15底部、三通接头17内部，钻井液储罐23、增压泵22、流量计21通过管道依次连接于钻井液入口20，钻井液入口20连接于模拟钻杆15，收集容器25通过连接软管24连接于三通接头17，模拟钻杆15固定于支架18上，上部连接卡扣19位于支架18底部，用于连接模拟地层系统中的固定卡扣3。

所述三通接头17包括密封环26、连接螺纹28、钻井液出口27，密封环26用于密封模拟钻杆15，连接螺纹28用于连接模拟钻井入口13，钻井液出口27与收集容器25通过连接软管24连接。

下面基于上述附图对本实用新型实施例工作流程进行如下介绍，本实用新型实施例工作流程分为以下步骤：

步骤一：首先将模拟岩心放入反应容器1内，根据实验要求计算注入水量，通过注水口5向反应容器1内注入水。

步骤二：关闭注水口5，通过注气口4向反应容器1内部抽真空，向模拟岩心内部饱和水，通过制冷层12制冷，在制冷的过程中通过注气口4向反应容器1内注入天然气。

步骤三：通过观察窗口8、压力传感器6观察反应容器1内天然气水合物生成情况，待反应容器1内压力降至接近零时，视为天然气水合物合成完毕。

步骤四：将密封盖9打开，将三通接头17通过连接螺纹28连接至模拟钻井入口13，将上部连接卡扣19与固定卡扣3相连接，开启增压泵22、电动机14，开始模拟钻井，并通过收集容器25收集排出的钻井液。

低温高压下钻井极易造成地层破裂，如遇到地层破裂情况，根据模拟钻杆15下入深度、电动机14转数、钻井液排量等数据，通过观察窗口8、观察刻度10记录地层破裂情况，可相应总结出不同地层岩性、温度、压力、钻井液种类以及其他参数变化情况下，钻遇地层破裂的规律，为天然气水合物低温钻井提供一定技术支持。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。