CN208520832U - 一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置 - Google Patents
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Abstract
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反循环钻井流场变化的实验装置，它主要由摄像机、计算机监测***、压力传感器、可开式接头A、混合物出口、混合物进口、内管、外管、岩屑漏斗、球阀A、液体流量计、水泵、球阀B、气体流量计、电磁式空气泵、贮水罐、颗粒收集桶、小型电加热干燥器、气液固三相分离器、吊环、钻头、尼龙岩屑层和可开式接头B组成。贮水罐依次与水泵、液体流量计、球阀A、岩屑漏斗和混合物进口相连，电磁式空气泵依次与气体流量计、球阀B相连后与贮水罐流出的水并联。本实用新型模拟效果好，能很好的模拟反循环钻井过程中流场变化规律。
Description
技术领域
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反循环钻井流场变化的实验装置。
背景技术
反循环钻井技术是指将钻井液通过注液接头注入双壁钻具内外管环空内，流到双层钻杆底部，将破碎出的岩屑通过钻头内的通孔进入钻杆内部，最终从钻杆内部返出地面。天然气水合物反循环钻井是一种新型钻井方式，这中钻井方式具有携带岩屑能力强、减小压实效应、减小或消除钻井液漏失、减少泵损耗、井控灵活等优点。但对于这种新型的钻井方式在气体钻井中有不少应用，对于天然气水合物开采应用基本没有。因此，对于这种具有多优点的钻井方式如何应用于天然气水合物这种特殊的能源开采有必要进行实验研究，对天然气水合物高效开发来说是非常需要的；若实验室内能发明一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置对反循环钻井应用于现场时整个流场流动变化进行研究，这将对现场采用反循环安全钻井具有十分重要的意义。
发明内容
本实用新型目的是：提供了一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置。
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反循环钻井流场变化的实验装置，主要由摄像机、计算机监测***、压力传感器、可开式接头A、混合物出口、混合物进口、内管、外管、岩屑漏斗、球阀A、液体流量计、水泵、球阀B、气体流量计、电磁式空气泵、贮水罐、颗粒收集桶、小型电加热干燥器、气液固三相分离器、吊环、钻头、尼龙岩屑层和可开式接头B组成，贮水罐依次与水泵、液体流量计、球阀A、岩屑漏斗和混合物进口相连，电磁式空气泵依次与气体流量计、球阀B相连后与贮水罐流出的水并联。可开式接头A和可开式接头B采用可打开式设计，尼龙岩屑层为尼龙颗粒与岩屑颗粒按照1：1混合而成，且两种颗粒平均粒径为 2mm，长度为0.2m，岩屑漏斗内的岩屑颗粒为粒径1mm。实验过程中所使用的球阀都为相同规格的球阀，在可开式接头A左部，可开式接头B下部分别安装有压力传感器，用于监测整个实验过程中井筒内的压力变化情况；外管和内管都是采用透明亚克力玻璃制作而成，承压 1MPa，且外管为直径215.9mm的圆管，内管直径为127mm的圆管。在整个反循环实验模拟过程中外管模拟实际工况下的套管，内管模拟实际工况下的钻杆，尼龙岩屑层模拟实际工况下钻遇天然气水合物层，尼龙颗粒模拟实际工况下的天然气水合物颗粒，岩屑颗粒模拟实际工况下的泥岩，贮水罐内的水模拟实际工况下的钻井液，钻头模拟实际工况下的钻头。
本实用新型的优点：对新型钻井方式进行模拟，为现场实际应用提供指导意义；模拟效果好，能真实的模拟反循环钻井过程中的流场流动变化情况。
附图说明
图1是本实用新型一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置的结构示意图；
图2是图1中流体在反循环流动过程中的流动示意图。
图中：1.摄像机，2.计算机监测***，3.压力传感器，4.可开式接头A，5.混合物出口，6.混合物进口，7.内管，8.外管，9.岩屑漏斗，10.球阀A，11.液体流量计，12.水泵，13.球阀B，14. 气体流量计，15.电磁式空气泵，16.贮水罐，17.颗粒收集桶，18.小型电加热干燥器，19.气液固三相分离器，20.吊环，21.钻头，22.尼龙岩屑层，23.可开式接头B。
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、图2所示，本实用新型一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置，主要由摄像机1、计算机监测***2、压力传感器3、可开式接头A4、混合物出口5、混合物进口6、内管7、外管8、岩屑漏斗9、球阀A10、液体流量计11、水泵12、球阀B13、气体流量计14、电磁式空气泵15、贮水罐16、颗粒收集桶17、小型电加热干燥器18、气液固三相分离器19、吊环20、钻头21、尼龙岩屑层22和可开式接头B23组成，贮水罐16依次与水泵12、液体流量计11、球阀A10、岩屑漏斗9和混合物进口6相连，电磁式空气泵15依次与气体流量计14、球阀B13相连后与贮水罐16流出的水并联。
如图1所示，具体模拟过程为：首先打开可开式接头B23，放入尼龙岩屑层22，接着打开贮水罐16、水泵12、球阀A10和岩屑漏斗9，然后打开电磁式空气泵15和球阀B13，使水从贮水罐16流出后经过加压与岩屑漏斗9内的颗粒和气体一起从混合物进口6进入外管8内。水、岩屑颗粒和气体一起在外管8与内管7之间的环空内从上往下流动，最终冲入尼龙岩屑层22后，将尼龙岩屑层22内的尼龙颗粒和岩屑颗粒一起通过钻头进入内管7内部，在内管 7内往上流动，最终从混合物出口5流出并进入气液固三相分离器19进行分离，分离出的气体直接排放大气中，分离出的液体返回贮水罐16进行重新使用，分离出的岩屑和尼龙颗粒进入小型电加热干燥器18进行干燥后进入颗粒收集桶17进行重新使用。在整个模拟实验过程中通过计算机监测***2进行监测实验过程中的压力变化情况，摄像机1进行记录在实验过程中整个环空内流场流动变化情况，同时记录下尼龙岩屑层22受到水、岩屑颗粒和气体的冲刷作用后随着时间变化情况。通过改变尼龙岩屑层22的长度和水泵12的排量重复以上实验，观察不同尼龙岩屑层22长度和不同排量下反循环钻井过程中流场流动变化情况，最终绘制出变化曲线，即整个模拟过程结束。在整个实验模拟过程中得到的变化情况将对现场天然气水合物新型反循环钻井工程具有重要意义。
Claims (4)
1.一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置，主要由摄像机(1)、计算机监测***(2)、压力传感器(3)、可开式接头A(4)、混合物出口(5)、混合物进口(6)、内管(7)、外管(8)、岩屑漏斗(9)、球阀A(10)、液体流量计(11)、水泵(12)、球阀B(13)、气体流量计(14)、电磁式空气泵(15)、贮水罐(16)、颗粒收集桶(17)、小型电加热干燥器(18)、气液固三相分离器(19)、吊环(20)、钻头(21)、尼龙岩屑层(22)和可开式接头B(23)组成；其特征在于：贮水罐(16)依次与水泵(12)、液体流量计(11)、球阀A(10)、岩屑漏斗(9)和混合物进口(6)相连，电磁式空气泵(15)依次与气体流量计(14)、球阀B(13)相连后与贮水罐(16)流出的水并联。
2.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置，其特征在于：可开式接头A(4)和可开式接头B(23)采用可打开式设计。
3.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置，其特征在于：实验过程中所使用的球阀都为相同规格的球阀，在可开式接头A(4)左部，可开式接头B(23)下部分别安装有压力传感器，用于监测整个实验过程中井筒内的压力变化情况；外管(8)和内管(7)都是采用透明亚克力玻璃制作而成，承压1MPa，且外管(8)为直径215.9mm的圆管，内管(7)直径为127mm的圆管。
4.根据权利要求1所述的一种模拟天然气水合物反循环钻井流场变化的实验装置，其特征在于：在整个反循环实验模拟过程中外管(8)模拟实际工况下的套管，内管(7)模拟实际工况下的钻杆，尼龙岩屑层(22)模拟实际工况下钻遇天然气水合物层，尼龙颗粒模拟实际工况下的天然气水合物颗粒，岩屑颗粒模拟实际工况下的泥岩，贮水罐(16)内的水模拟实际工况下的钻井液，钻头(21)模拟实际工况下的钻头。
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|---|---|---|---|---|
| CN111458478A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-07-28 | 吉林大学 | 天然气水合物反循环钻井多相流输运模拟实验装置及方法 |
| CN113622875A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-09 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) | 天然气水合物固态流化采掘腔流场模拟装置及实验方法 |
| CN114166469A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-11 | 西南石油大学 | 一种固态流化开采射流回收流场检测实验装置及实验方法 |
| CN115902126A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-04-04 | 四川职业技术学院 | 一种测量不同泡沫流体对反循环洗井携岩影响的方法 |
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