一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置的制作方法

本實用新型涉及天然氣水合物鉆井技術領域的一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置。

背景技術：

天然氣水合物是蘊藏在海底和高原凍土地帶的一種非常規能源，其所含有的碳含量儲量是目前世界已發現的煤、石油與天然氣碳含量的總和的兩倍。所以天然氣水合物是目前能源研究的重點，天然氣水合物的開發還處在初級階段，對于天然氣水合物鉆井過程中所發生的工程問題還有待解決。在天然氣水合物鉆井過程中，天然氣水合物固體和鉆井液一起從井筒往上返，在上返過程中將分解為甲烷和水，隨著分解的進行氣體不斷膨脹，導致環空壓力及井口壓力增加。鉆頭破巖速度的快慢對地層的影響，及鉆進速度的快慢對鉆井的影響，鉆至天然氣水合物層時對鉆進速度的影響等問題都需要進行研究。因此，對于天然氣水合物鉆直井過程中所出現的一些工程問題有必要進行實驗研究，對于實驗室內需發明一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置來模擬天然氣水合物鉆直井過程，為解決實際現場工程問題提供依據。

技術實現要素：

本實用新型目的是：提供了一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

本實用新型一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置，主要由絞車、鋼絲繩、固定端、玻璃圓筒、支架、滑輪、電機、氣體入口、液體流量計、水泵、貯水槽、鉆桿、軸承、扶正塊、鉆頭、水層、巖屑層A、尼龍層、巖屑層B、液固兩相分離器、電加熱干燥器、巖屑收集桶、尼龍收集桶和混合物出口組成。實驗裝置上部設有滑輪、電機、氣體入口和鉆桿，中部設有鉆頭和玻璃圓筒；下部設有水層、巖屑層A、尼龍層、巖屑層B和混合物出口。水層、巖屑層A、尼龍層和巖屑層B的高度一樣都為0.8m，且巖屑層A和巖屑層B內為一樣的巖屑；在整個模擬實驗過程中所使用的巖屑和尼龍顆粒直徑為3mm；玻璃圓筒采用透明亞克力玻璃制作而成，用于模擬實際工況下的隔水管；整個實驗過程采用可視化實驗。在整個實驗過程中鉆桿模擬真實工況下的鉆桿，鉆頭模擬真實工況下的鉆頭，水層、巖屑層A、尼龍層和巖屑層B分別模擬海水層、地層、水合物層和地層，貯水槽中的水模擬真實工況下鉆井液。

本實用新型的優點：使用方便快捷，實驗設計符合天然氣水合物特點，能很好的模擬天然氣水合物鉆直井過程中鉆頭破巖現象，為天然氣水合物鉆井現場實際提供參考依據。

附圖說明

圖1是本實用新型一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置的結構示意圖。

圖中：1.絞車，2.鋼絲繩，3.固定端，4.玻璃圓筒，5.支架，6.滑輪，7.電機，8.氣體入口，9.液體流量計，10.水泵，11.貯水槽，12.鉆桿，13.軸承，14.扶正塊，15.鉆頭，16.水層，17.巖屑層A，18.尼龍層，19.巖屑層B，20.液固兩相分離器，21.電加熱干燥器，22.巖屑收集桶，23.尼龍收集桶，24.混合物出口。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，本實用新型一種模擬天然氣水合物鉆直井實驗裝置，主要由絞車1、鋼絲繩2、固定端3、玻璃圓筒4、支架5、滑輪6、電機7、氣體入口8、液體流量計9、水泵10、貯水槽11、鉆桿12、軸承13、扶正塊14、鉆頭15、水層16、巖屑層A17、尼龍層18、巖屑層B19、液固兩相分離器20、電加熱干燥器21、巖屑收集桶22、尼龍收集桶23和混合物出口24組成。實驗裝置上部設有滑輪6、電機7、氣體入口8和鉆桿12，中部設有鉆頭15和玻璃圓筒4；下部設有水層16、巖屑層A17、尼龍層18、巖屑層B19和混合物出口24。

如圖1所示，具體模擬過程為：首先開動電機7，使電機7通過鉆桿12帶動鉆頭15進行旋轉；水從貯水槽11出來后依次經過水泵10加壓和液體流量計9計量后從氣體入口8進入鉆桿12內部，此時通過轉動絞車1使鋼絲繩2通過滑輪6往下放，用來模擬鉆桿往下鉆的過程。在下放的過程中鉆頭先在玻璃圓筒4內通過水層，模擬鉆頭通過隔水管；當鉆頭15往下運動至巖屑層A17時繼續按照一定速度往下放，使鉆頭15進入巖屑層A17內部，此時模擬鉆頭鉆到海底泥層，繼續往下放；當鉆頭15往下運動進入尼龍層18時，此時模擬鉆頭進入天然氣水合物層。由于在整個模擬過程中為可視化模擬，通過錄像機可記錄下這個實驗過程中的實驗現象，然后進行后續分析。在整個實驗過程中產生的水、尼龍和巖屑這三者混合物將從混合物出口24流出至液固兩相分離器20進行液固兩相分離，分離出的液體返回至貯水槽11進行重新使用；分離出的尼龍和巖屑進入電加熱干燥器21進行干燥后，尼龍和巖屑分別進入尼龍收集桶23和巖屑收集桶22進行重新使用，即整個模擬過程結束。