技術領域

本發明屬于石油鉆探技術領域，涉及一種深水井筒多相流動實驗裝置及實驗方法，特別涉及一種含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動實驗裝置及實驗方法。

背景技術

隨著陸地油氣資源的日趨減少，石油和天然氣勘探開發轉向海洋已成必然趨勢。深水油氣鉆采技術的發展使深海油氣鉆采成為可能，深水和超深水海域的油氣鉆采技術正成為各國研究開發的熱點。

深水井筒多相流動規律是深水油氣鉆采技術研發的理論基礎。由于深水的特點，導致深水鉆探技術的理論基礎復雜化，其中涉及的理論基礎問題包括井筒內溫度及壓力計算方法、深水鉆井井控計算理論、井筒中天然氣水合物形成機制與抑制技術等，都與深水井筒多相流動密切相關。

當鉆遇深水油氣及天然水合物藏時，儲層中產出的天然氣侵入井筒，使井筒內鉆井液的流動由液、固兩相流動變為復雜的氣、液、固的三相流動。由于深水井筒及管路內的低溫高壓環境，侵入井筒的氣體會容易形成天然氣水合物，生成的水合物隨鉆井液一起上返，在離開其生成區域后，隨著溫度的降低和壓力的升高又會重新分解成氣體。天然氣水合物分解后可以釋放出164倍體積的甲烷氣體，使得深水井筒多相流動更加復雜，給鉆井工藝參數設計、井控、隔水管設計等帶來挑戰。

因此，有必要對含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動規律進行深入研究。實驗對多相流的研究具有重要意義，而目前尚未有考慮天然氣水合物相變的深水井筒多相流動實驗研究方法見諸報道。

發明內容

為現有技術存在的上述缺陷，本發明提供一種含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動實驗裝置及實驗方法，能夠模擬含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動，進而研究含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動的規律。

本發明所采取的技術方案如下：

含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動實驗裝置，其特征在于：包括深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬裝置、含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動模擬裝置。深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬裝置的作用是：進行深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬實驗，獲得所模擬工況下深水井筒中天然氣水合物分解產生甲烷的速度；含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動模擬裝置的作用是：根據所獲得的深水井筒中天然氣水合物分解產生甲烷的速度，進行含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動模擬實驗。

優選的，上述深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬裝置，包括高壓甲烷氣瓶、分解氣體采集器、數據采集系統、反應釜、中間容器、第一高壓空氣瓶、真空抽氣裝置；高壓甲烷氣瓶通過進氣管線與反應釜相連；進氣管線上安裝有進氣閥和調壓閥，調壓閥位于進氣閥和反應釜之間；反應釜通過排氣管線與分解氣體采集器相連，排氣管線上安裝有排氣閥和回壓閥，回壓閥位于排氣閥和分解氣體采集器之間；回壓閥通過第一管線與中間容器相連，中間容器通過第二管線與第一高壓空氣瓶相連，第二管線上裝有控制閥，中間容器上裝有第一壓力計；反應釜通過第三管線與真空抽氣裝置相連；反應釜連接恒溫水浴系統；數據采集系統與反應釜、分解氣體采集器相連。

優選的，上述含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動模擬裝置，包括第二高壓空氣瓶、可編程控制器、氣泡發生器、水罐、井筒、氣液分離罐、高速攝像機；第二高壓空氣瓶通過注氣管線與可編程控制器相連，注氣管線上安裝有進氣閥；可編程控制器通過第四管線與氣泡發生器相連，可編程控制器通過第五管線與井筒的側壁相連；氣泡發生器通過第六管線與井筒的底部相連，第六管線上安裝有注入閥；氣泡發生器通過注液管線與水罐相連，注液管線上從氣泡發生器端到與水罐端依次安裝有水泵、流量控制器、進液閥；在距井筒底部1/3處安裝有第一空隙率計，在距井筒頂部1/3處安裝有第二空隙率計，在第二空隙率計下方安裝有第三空隙率計；在井筒的側面開有可視窗口，利用高速攝像機通過可視窗口以高頻連續采集流場圖像，然后通過分析和處理圖像來研究井筒多相流動規律；在井筒的側面底部安裝有第一溫度傳感器、第二壓力計，在井筒的側面頂部安裝有第二溫度傳感器、第三壓力計；氣液分離罐通過回流管線與井筒的頂部相連；

優選的，氣液分離罐通過第七管線與水罐24相連。

一種含天然氣水合物相變的深水井筒多相流動實驗方法，利用上述的實驗裝置，其特征在于，步驟如下：

(1)、利用深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬裝置進行深水井筒天然氣水合物形成模擬實驗；

(2)、確定形成的天然氣水合物的量；

(3)、利用深水井筒天然氣水合物形成及分解模擬裝置進行深水井筒天然氣水合物分解模擬實驗；