一种水下天然气水合物井口装置模拟检测系统的制作方法

本发明属于钻井实验模拟技术领域，尤其涉及一种水下天然气水合物井口装置模拟检测系统。

背景技术：

天然气水合物是一种由天然气（大部分是甲烷）分子和水分子在高压低温的环境下形成的晶状结构。且1单位体积的天然气水合物最多可以释放出180单位体积的甲烷气体，而且完全燃烧后的产物是水和二氧化碳，对环境几乎没有污染。天然气水合物储量巨大，被认为是21世纪的重要新能源,据不完全估计，海洋中90%的区域有利于水合物的生成,其资源量可达1.8×1016m3左右。是世界上传统油气资源储量的两倍以上。有专家预测，其至少能为人类提供1000年的能源，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为“21世纪的新能源”。

天然气水合物开发与利用的技术需求与支撑，主要分三个部分，即海面工程装备、水下采输系统、海底天然气水合物开发系统。目前，我国对天然气水合物水下控制及生产开发系统主要采用常规的深水井口系统，井口的体积过大，对平台的要求高，增大了经济成本、同时降低了工作效率。在井下工作的过程中，难以实现有效监测和分析数据，同时存在很多不确定性。为了有效地监测数据采集和监控天然气水合物井口装置的工作状况，提出了一种水下天然气水合物井口装置模拟检测系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术无法实现模拟天然气水合物井口真实环境，无法适应多种类型的井口装置检测的技术问题，提供一种适用于水下天然气水合物井口装置模拟检测系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种水下天然气水合物井口装置模拟检测系统，包括水合物井口装置，还包括控制系统、物料循环系统和测量系统；所述测量系统包括移动测量腔和传感器，并且传感器的输出端与控制系统的输入端电连接；所述物料循环系统上设有多个流量计，并且流量计与控制系统的输入端电连接；所述移动测量腔置于水合物井口装置外侧，并且与控制系统的输出端连接；所述控制系统分析处理接收到的压力、流量、温度数据后，利用软件程序对物料循环系统和水合物井口装置处的围压进行直接控制或手动间接控制；所述物料循环系统包括气液分离器和水合物合成泵，水合物合成泵可以在高压低温条件下合成天然气水合物，同时可以利用控制系统调节进入到套管头中的天然气水合物的流量；所述测量系统的物料输出端与气液分离器的物料输入端连接，天然气水合物外输到气液分离器；并且测量系统的物料输入端与水合物合成泵的物料输出端连接。

优选的，所述物料循环系统还包括水槽和储气罐，所述水槽的进水口和储气罐的进气口均与气液分离器的物料输出端连接；所述水槽的出水口和储气罐的出气口均与水合物合成泵的物料输入端连接；所述流量计包括液体流量计和气体流量计，所述液体流量计置于水槽与气液分离器之间，并且所述气体流量计置于储气罐与气液分离器之间；无料循环系统连接各部件的油管或套管，可以根据需要设置不同直径的套管或者油管，也可以设置一级或者多级套管层次结构。

优选的，所述传感器包括多个压力传感器和多个温度传感器，传感器同阀体连接使用，能够测试环境温度和压力数据；所述压力传感器和温度传感器均与分布在水合物井口装置两侧，并且压力传感器的输入端和温度传感器的输入端均与水合物井口装置连接。

优选的，所述移动测量腔包括上腔和下腔，所述移动测量腔外设有密封法兰，并且上腔和下腔通过密封法兰连接。

优选的，还包括套管头，所述套管头置于水合物合成泵与水合物井口装置之间；所述套管头的物料输出端与水合物井口装置的物料输入端连接，并且套管头的物料输入端与水合物合成泵的物料输出端连接，水合物合成泵合成的天然气水合物从套管头进入到水合物井口装置。

优选的，所述水合物合成泵的物料输出端设有压力表,所述压力表置于与控制系统的输入端电连接。

本发明具有以下优点：

1、使用方便快捷，系统的各个单元模块化，拆卸简单，能很好的模拟天然气水合物开采过程中水合物井口装置的运行环境，并能准确监测压力和温度的变化；

2、可以实现水合物井口装置变化处相对位置检测，每个部分能进行独立的数据检测，因此，根据各部分数据的变化，就可以确定出水合物井口装置的环境变化；

3、能够模拟环境条件，在井口装置周围可以施加围压模拟海水压力，可以通过套管输送水合物，使实验环境更加接近真实环境，从而增强实验结果的可靠性；

4、能模拟多场条件下，水合物井口装置的环境变化情况。可以模拟出热-流-固耦合条件下，在真实地围压情况下，能够测定多种因素(如：围压、地层温度的变化)对天然气水合物井口装置的影响。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图中：1-控制系统；2-液体流量计；3-压力计；4-水合物合成泵；5水槽；6-储气罐；7-气体流量计；8-气液分离器；9-套管头；10-水合物井口装置；11-压力传感器；12-,移动测量腔；1201-上腔；1202-下腔；13-密封法兰；14-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种水下天然气水合物井口装置模拟检测系统，包括水合物井口装置10，还包括控制系统1、物料循环系统和测量系统；所述测量系统包括移动测量腔12和传感器，并且传感器的输出端与控制系统1的输入端电连接；所述物料循环系统上设有多个流量计，并且流量计与控制系统1的输入端电连接；所述移动测量腔12置于水合物井口装置10外侧，并且与控制系统1的输出端连接；所述控制系统1分析处理接收到的压力、流量、温度数据后，利用软件程序对物料循环系统和水合物井口装置10处的围压进行直接控制或手动间接控制；所述物料循环系统包括气液分离器8和水合物合成泵4，水合物合成泵4可以在高压低温条件下合成天然气水合物，同时可以利用控制系统1调节进入到套管头9中的天然气水合物的流量；所述测量系统的物料输出端与气液分离器8的物料输入端连接，天然气水合物外输到气液分离器8；并且测量系统的物料输入端与水合物合成泵4的物料输出端连接。

优选的，所述物料循环系统还包括水槽5和储气罐6，所述水槽5的进水口和储气罐6的进气口均与气液分离器8的物料输出端连接；所述水槽5的出水口和储气罐6的出气口均与水合物合成泵4的物料输入端连接；所述流量计包括液体流量计2和气体流量计7，所述液体流量计2置于水槽5与气液分离器8之间，并且所述气体流量计7置于储气罐6与气液分离器8之间；无料循环系统连接各部件的油管或套管，可以根据需要设置不同直径的套管或者油管，也可以设置一级或者多级套管层次结构。

优选的，所述传感器包括多个压力传感器11和多个温度传感器14，传感器同阀体连接使用，能够测试环境温度和压力数据；所述压力传感器11和温度传感器14均与分布在水合物井口装置10两侧，并且压力传感器11的输入端和温度传感器14的输入端均与水合物井口装置10连接。

优选的，所述移动测量腔12包括上腔1201和下腔1202，所述移动测量腔12外设有密封法兰13，并且上腔1201和下腔1202通过密封法兰13连接。

优选的，还包括套管头9，所述套管头9置于水合物合成泵4与水合物井口装置10之间；所述套管头9的物料输出端与水合物井口装置10的物料输入端连接，并且套管头9的物料输入端与水合物合成泵4的物料输出端连接，水合物合成泵4合成的天然气水合物从套管头9进入到水合物井口装置10。

优选的，所述水合物合成泵4的物料输出端设有压力计3,所述压力计3置于与控制系统1的输入端电连接。

本发明的工作过程如下：在所有系统组装完成后，水合物井口装置10返出的流体进入到气液两相分离器8中；气液两相分离器8能够将混合物分离成气液两相，其中气相输送到储气罐6中，在输运过程中安装有气体流量计7，气体流量计7将流量数据传输给控制系统1；液相输送到水槽5中，同样在输送过程中安装有液体流量计2，液体流量计2将流量数据传输给控制系统1；在储气罐6中的气体可以经过处理后输送到水合物合成泵4中，进行循环利用，水槽5中的水经过处理后同样能够重新流入到水合物合成泵4中，水合物合成泵4合成水合物，并将水合物输送到水合物井口装置10，完成水合物循环过程。传感器和压力计3以及流量计将获取的数据传输给控制系统1，控制系统1分析处理数据后，利用软件程序可以对物料循环以及水合物井口装置10处的围压进行直接控制或者间接手动控制。