一种模拟干预作业下水合物生成装置的制作方法

1.本发明涉及一种应用于深水气井开发领域中的模拟水合物生成的装置。


背景技术：

2.随着深水油气资源的不断开发，深水气井高压低温环境下极易促进水合物的生成，水合物沉积在管壁上就会减少管道的实际流通面积，产生节流效应，进而加速水合物的进一步形成，造成堵塞导致一系列的流动安全问题。深水干预作业是指深水作业期间，由于井下故障等特殊原因或出于油井管理需要及时处理，使用某些特殊的设备和工具修复或排除故障的计划外油气井作业。目前关于水合物沉积规律的监测装置及方法、深水气井地面关井阶段天然气水合物生长模拟装置都可以研究深水油气开发中的水合物生成过程。然而在深水干预作业中，由于干预作业条件复杂多变，水合物生成规律的研究受多种因素的干扰。因此迫切需要一种模拟干预作业下的水合物生成装置，用以进行深水干预作业下水合物生成、沉积、预防等相关问题的研究，为深水气井水合物防堵、油气安全输送提供流动保障。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种应用于深水气井开发领域中的模拟水合物生成的装置，利用该装置可以有效模拟深水气井干预作业下的水合物生成变化情况，得出深水气井干预作业期间水合物生成、沉积、演变规律，分析干预作业下水合物异常生长对干预作业造成的安全风险，深入开展风险评估及预防，探究干预作业下的井简环境变化以及扰动促进水合物生成机理，从而对深水气井干预作业下预防水合物在井筒内的生成产生重要的指导意义。
4.本发明的技术方案是：该种模拟干预作业下水合物生成装置包括气液输入系统，排料系统，干预系统，数据监测与采集系统，反应釜，控温箱，计算机。气液输入系统提供甲烷与水，从进料口输入反应釜；排料系统用于从排料口输出反应结束后的气与水，最终收集至容器；干预系统模拟干预作业器件在反应釜内的下入过程；数据监测与采集系统通过各种传感器监测气液输入系统、反应釜、排料系统中温压、流量等参数变化，采集后输入至计算机。
5.具体的说：所述气液输入系统，包括气瓶1、增压器2、进气阀6、储液罐7、电动泵8、进液阀11、真空泵12、冷却塔29、进料口31；进料口31位于反应釜右下部，进料口31右侧的进气阀6与第一温度传感器5、第一压力传感器4、第一气体流量计3、增压器2从左到右通过管线依次串联至气瓶1；进料口31右侧的进液阀11、第二温度传感器10、第一液体流量计9、电动泵8通过管线依次串联至储液罐7；进气阀6控制气瓶1至进料口31的开关，增压器2用来向反应釜内注入甲烷气并控制反应釜内部压力，进液阀11控制储液罐7至进料口31的开关，电动泵8用于向反应釜内注入水合物生成反应所需的水。
6.其中所述真空泵12连接在气液输入管线及反应釜外接管线交接处，用于排出气液管线及反应釜内的空气；所述冷却塔29通过管线连接至气瓶1、储液罐7，用于对反应所需气液的温度控制，控温范围0-20℃。
7.排料系统，包括单向阀22、分离器23、集气罐25、集液罐27、排料口36，排料口36右侧的单向阀22与分离器23、第二气体流量计24、集气罐25从左到右通过管线依次串联，其中第二液体流量计26、集液罐27与第二气体流量计24、集气罐25并联至分离器23右侧。反应排出的气液通过分离器23分离后分别经第二气体流量计24、第二液体流量计26排至集气罐25、集液罐27。单向阀22防止气液回流，集气罐25、集液罐27收集反应后排出的气液。
8.所述干预系统包括丝杠20、涡轮减速机21、干预器件35、调速电机37、同心圆盘38、机械臂39，丝杠20下方与位于反应釜内的干预器件35通过螺纹连接，涡轮减速机21通过内部联轴器与调速电机37连接，利用齿轮的速度转换器减速后，提高其输出转矩，带动丝杠20运动，将电机的旋转运动变为直线运动，模拟干预器件不同深度、速度的下放；所述同心圆盘为不同半径的同心圆形轨道组成，通过螺纹连接至丝杠下方。所述机械臂上部有圆球，在轨道中可滚动，两只机械臂在不同半径轨道内工作时，可实现干预器件不同角度、不同尺寸的下放。
9.所述数据监测与采集系统，包括第一气体流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5、第一液体流量计9、第二温度传感器10、安全指示灯15、第二压力传感器16、vl系列高精度三维扫描测量仪17、温度梯度传感器19、第二气体流量计24、第二液体流量计26。以上全部仪表通过电缆连接至计算机30，输送监测信号并进行数据处理与计算。第一气体流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5分别监测进入反应釜前甲烷气的流量、压力、温度，第一液体流量计9、第二温度传感器10分别监测进入反应釜前水的流量、温度，第二压力传感器16、温度梯度传感器19通过第二压力传感器接口32、温度梯度传感器接口34连接至反应釜18，用于监测反应釜内部温压变化，安全指示灯15连接至第二压力传感器右侧管线上，用于监测反应釜内部压力异常变化，vl系列高精度三维扫描测量仪17通过三维扫描测量仪接口33连接至反应釜18，用于反应釜内部水合物的三维成像测量，第二气体流量计24、第二液体流量计26分别监测反应结束后排出的气液流量。
10.反应釜18为sus316l材料，对温压变化不敏感，反应釜上下通过螺纹连接有釜上盖13、釜下盖14，釜下盖通过焊接的方式安装有排料口36用于排出反应后的气液，反应釜整体置于控温箱28内，反应釜为模拟干预作业进行及水合物的生成提供反应场所。
11.所述控温箱28可控制温度范围-20℃-100℃，用于调节干预作业下水合物生成时反应釜所需温度。发明装置中所使用的连接管线均采用抗高压保温材料。
12.本发明具有如下有益效果：本装置能够根据深水干预作业工况的不同，调整干预器件下放的尺寸、速度、角度及深度，更为真实地模拟深水干预作业；整个装置内部，温度、压力监测仪表在不同空间区域分离开来，避免因堵塞、热传导出现误差；反应釜内置温度梯度传感器，可研究干预作业下导致的反应釜温压场变化规律；vl系列高精度三维扫描测量仪可在干预作业的复杂环境下对釜内部生成水合物进行精准成像，结合温度、压力、流量数据，研究干预作业下水合物生成规律及井筒温压环境变化，从而提出水合物预防措施，保障流动安全。
13.下面进行详细说明：
1、干预系统可通过调速电机、丝杠、同心圆盘、机械臂实现干预器件不同速度、角度、深度、尺寸的下放，更为真实地模拟深水气井干预作业的进行。
14.2、反应釜与气液输入系统、排料系统中温度、压力数据监测分离，避免因堵塞、热传导等原因导致的温压数据不准确的问题，确保测得的温压数据真实可靠。
15.3、反应釜外接温度梯度传感器，采用五个温度测点可对反应釜整体温度分布进行实时监测，可用于研究干预作业对反应釜内温压场分布的影响。
16.4、反应釜外接vl系列高精度三维扫描测量仪，抗干扰能力强、精度高，可对釜内生成水合物进行实时的三维扫描成像，结合气液流量反应前后变化可准确得出干预作业下水合物的生长速率。
17.5、利用本装置，将干预作业下井筒温压分布变化与水合物生成规律相结合，根据数据监测系统得到的温度、压力数据，以及相对应时刻计算出的水合物生成速率、从而提出干预作业导致的不同温压变化情况下不同的水合物风险评估及预防措施。
18.综上所述，本发明所提出的一种模拟干预作业下水合物生成装置，可真实模拟深水干预作业不同工况下的水合物生成过程，其测试水合物相关数据真实可靠，可以用来进行干预作业下水合物生成规律及干预作业导致的井筒内温压环境变化规律的相关研究。
19.附图说明：图1是本发明所述装置的工艺图。
20.图2是本发明所述装置中反应釜的结构示意图。
21.图3是一本发明所述装置的系统流程图。
22.其中图1中：1、气瓶， 2、增压器，3、第一气体流量计， 4、第一压力传感器，5、第一温度传感器，6、进气阀，7、储液罐，8、电动泵，9、第一液体流量计，10、第二温度传感器，11、进液阀，12、真空泵，13、釜上盖，14、釜下盖，15、安全指示灯，16、第二压力传感器，17、vl系列高精度三维扫描测量仪，18、反应釜，19、温度梯度传感器，20、丝杠，21、涡轮减速机，22、单向阀，23、分离器，24、第二气体流量计，25、集气罐，26、第二液体流量计，27、集液罐，28、控温箱，29、冷却塔，30、计算机； 31、进料口，32、第二压力传感器接口，33、三维扫描测量仪接口，34、温度梯度传感器接口，35、干预器件，36、排料口，37、调速电机，38、同心圆盘，39、机械臂。
23.具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明：种模拟干预作业下水合物生成装置包括气液输入系统，排料系统，干预系统，数据监测与采集系统，反应釜，控温箱，计算机。
24.如图1中所述气液输入系统，包括气瓶1、增压器2、进气阀6、储液罐7、电动泵8、进液阀11、真空泵12、冷却塔29、进料口31；进料口31位于反应釜右下部，通过焊接连接至反应釜外壁；进料口31右侧的进气阀6与第一温度传感器5、第一压力传感器4、第一气体流量计3、增压器2从左到右通过管线依次串联至气瓶1；进料口31右侧连接有进液阀11，进液阀上设置有开关，进液阀门右侧管线上安装有第二温度传感器10、第一液体流量计9，电动泵8通过管线串联至储液罐7，进液管线与进气管线都位于进料口31右侧，为并联连接；进气阀6控制气瓶1至进料口27的开关，增压器2用来向反应釜内注入甲烷气并控制反应釜内部压力，进液阀11控制储液罐7至进料口27的开关，电动泵8用于向反应釜内注入水合物生成反应所
需的水。
25.如图1中其中所述真空泵12通过高压管线连接在气液输入管线及反应釜外接管线交接之间，用于排出气液管线及反应釜内的残留空气；如图1中所述冷却塔29通过管线连接至气瓶1、储液罐7，用于对反应所需气液进行温度的控制，控温范围0-20℃。
26.如图1中排料系统，包括单向阀22、分离器23、集气罐25、集液罐27、排料口36，排料口36焊接于反应釜釜下盖的中部位置，单向阀22两端开口，排料口右侧通过管线连接单向阀22左端接口，防止气液回流，单向阀右端接口与分离器23、第二气体流量计24、集气罐25从左到右通过管线依次串联，其中第二液体流量计26、集液罐27与第二气体流量计24、集气罐25并联至分离器23右侧。反应排出的气液通过分离器23分离后分别经第二气体流量计24、第二液体流量计26排至集气罐25、集液罐27。集气罐25、集液罐27收集反应后排出的气液。
27.如图2中所述干预系统包括丝杠20、涡轮减速机21、干预器件35、调速电机37、同心圆盘38、机械臂39，丝杠20下方开口，内部通过螺纹连接至同心圆盘上部，同心圆盘为不同半径的同心圆形轨道组成，同心圆盘轨道内可安装机械手臂；机械臂上部有圆球，在轨道中可滚动，机械臂下方可通过摩擦力紧抓干预器件，两只机械臂在不同半径轨道内工作时，可实现干预器件不同角度、不同尺寸的下放。涡轮减速机21通过内部联轴器与调速电机37连接，利用齿轮的速度转换器减速后，提高其输出转矩，带动丝杠20运动，将电机的旋转运动变为直线运动，模拟干预器件不同深度、速度的下放；如图1中所述数据监测与采集系统，包括第一气体流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5、第一液体流量计9、第二温度传感器10、安全指示灯15、第二压力传感器16、vl系列高精度三维扫描测量仪17、温度梯度传感器19、第二气体流量计24、第二液体流量计26。以上全部器件通过电缆连接至计算机30，输送监测信号进行数据处理与计算。第一气体流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5分别监测进入反应釜前甲烷气的流量、压力、温度，第一液体流量计9、第二温度传感器10分别监测进入反应釜前水的流量、温度，第二压力传感器16、温度梯度传感器19通过第二压力传感器接口32、温度梯度传感器接口34连接至反应釜18外壁，用于监测反应釜内部温压变化，vl系列高精度三维扫描测量仪17通过三维扫描测量仪接口33连接至反应釜18，用于反应釜内部水合物的三维成像测量，第二气体流量计24、第二液体流量计26分别监测反应结束后排出的气液流量。
28.如图1所述反应釜18为sus316l材料，对温压变化不敏感，反应釜上下通过螺纹连接有釜上盖13、釜下盖14，内嵌有高密封圈，均可拆卸。反应釜下盖焊接有排料口36，反应釜的侧壁右下方焊接有进料口31，反应釜外壁上焊接有第二压力传感器接口32、温度梯度传感器接口34，整体置于控温箱28内，反应釜为模拟干预作业进行及水合物生成提供反应场所。
29.如图1所述控温箱28可控制温度范围-20℃-100℃，用于调节干预作业下水合物生成时反应釜所需温度。
30.本发明装置中所使用的连接管线均采用抗高压保温材料。
31.本发明提出的一种模拟干预作业下水合物生成装置可根据不同工况的干预作业更换不同尺寸的干预器件，还可自动调节干预器件的下入速度、下入角度、下入深度，该装
置由气液输入系统，排料系统，干预系统，数据监测与采集系统，反应釜，控温箱，计算机组成，气液输入系统与排料系统负责水合物生成前气液供给、水合物生成并分解后气液的计量。干预系统模拟不同工况的干预作业进行，控温箱与反应釜提供水合物生成的生成条件与反应场所，数据监测与采集系统与计算机对整个装置各个环节进行数据的采集和处理。当干预系统模拟干预作业进行时，气液输入系统提供甲烷气与水，使其在高压低温环境下生成水合物，通过改变干预作业的不同条件，探究干预作业对水合物生成的影响规律。该装置可真实模拟深水干预作业不同工况下的水合物生成过程，其测试水合物生成过程中相关数据真实可靠，可以用来进行干预作业下水合物生成规律及干预作业导致的井筒内温压环境变化规律的相关研究。