本發(fā)明涉及天然氣開發(fā)領(lǐng)域，特別是一種評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物是由水分子與碳?xì)錃怏w分子組成的具有籠狀結(jié)構(gòu)的似冰雪狀結(jié)晶化合物，具有能量密度高、分布廣、儲量大等特點，是一種很有潛力的新能源和替代能源，又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”。天然氣水合物的客體分子主要是甲烷，當(dāng)客體分子中甲烷量大于99％時水合物可稱作甲烷水合物。

天然氣水合物廣泛分布于極地凍土區(qū)和海底淺層的沉積物中，儲存的天然氣含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已知的天然氣儲量。但是，天然氣水合物也給天然氣管道輸送、油氣鉆探開發(fā)作業(yè)帶來了一定的危害。在油氣鉆探開發(fā)過程中，由于上部地層中可能存在的淺層氣入侵與鉆遇水合物地層時鉆屑或井壁地層中的水合物分解，使得鉆井環(huán)空中可能存在的烴類氣體在環(huán)空中溫度與壓力條件達(dá)到水合物形成條件時，往往更傾向于在環(huán)空中流體流動受限的區(qū)域形成水合物，而后隨著這些水合物顆粒的生長與聚集，從而阻礙環(huán)空內(nèi)流體的流動，甚至產(chǎn)生堵塞，這就對鉆井過程產(chǎn)生不同程度的危害。

目前，國內(nèi)針對液體環(huán)境下氣體鼓泡上升過程中的水合物形成有所研究，不過還沒有針對氣泡在上升受阻過程中的水合物形成與聚集行為(模擬常規(guī)深水油氣鉆井過程中侵入井筒環(huán)空的天然氣氣泡或水合物鉆采過程中因鉆屑或地層水合物分解而進(jìn)入井筒環(huán)空的氣體氣泡的上升受阻過程)的相關(guān)研究。因此，研制出能夠?qū)︺@井環(huán)空中氣泡在上升受阻過程中水合物形成與聚集行為加以評價的裝置，尤其是評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對該水合物形成與聚集行為的影響，對于油氣與天然氣水合物的勘探開發(fā)尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實驗裝置及方法，在不同溫度、壓力與流體過流通道條件下模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力，并利用該實驗裝置對鉆井液相關(guān)處理劑和水合物抑制劑加以優(yōu)選，進(jìn)而為天然氣水合物、陸域凍土和深水油氣勘探開發(fā)提供技術(shù)支持。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實驗裝置，包括高壓反應(yīng)釜、高低溫恒溫箱，以及氣體控制系統(tǒng)、回壓卸荷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中：高壓反應(yīng)釜放置于高低溫恒溫箱中，高壓反應(yīng)釜兩側(cè)安裝有第一透明窗口、第二透明窗口，第一透明窗口、第二透明窗口兩側(cè)墊有密封墊片，第一透明窗口、第二透明窗口及其兩側(cè)密封墊片連接通過釜體固定螺栓固定于高壓反應(yīng)釜外兩側(cè)，其中第二透明窗口為主要觀察窗口，第一透明窗口為輔助觀察與照明窗口；高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔設(shè)置有中間隔檔與側(cè)邊隔檔，中間隔檔為一圓狀薄金屬塊，高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)壁凹槽上套有一密封圈，該密封圈與高壓反應(yīng)釜內(nèi)壁密封接觸，中間隔檔中心有一圓孔，側(cè)邊隔檔為一薄片狀隔檔，側(cè)邊隔檔通過隔檔固定螺栓及該圓孔的配合固定于中間隔檔上，側(cè)邊隔檔位于第二透明窗口的一側(cè)設(shè)有流體過流通道，用于供高壓反應(yīng)釜底部進(jìn)入的氣體通過，其中模擬環(huán)空循環(huán)通道由高壓反應(yīng)釜下部內(nèi)腔、側(cè)邊隔檔的流體過流通道與高壓反應(yīng)釜上部內(nèi)腔組成；

高壓反應(yīng)釜頂部設(shè)置有一個上進(jìn)氣口和出氣孔，高壓反應(yīng)釜底部設(shè)置有一個下進(jìn)氣口，上進(jìn)氣口、下進(jìn)氣口分別通過高壓管路與氣體控制系統(tǒng)相連，出氣孔通過排氣管路與回壓卸荷系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集信號線以及計算機(jī)，溫度傳感器安裝于高壓反應(yīng)釜下部，壓力傳感器安裝于高壓反應(yīng)釜頂部排氣口處，溫度傳感器、壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集信號線與計算機(jī)相連。

按上述方案，所述氣體控制系統(tǒng)包括氣源、緩沖罐、調(diào)壓閥、第一壓力表、第二壓力表、第一針閥、第二針閥、第三針閥、第四針閥以及高壓管路，其中氣源通過高壓管路依次經(jīng)過第一壓力表與第一針閥接入緩沖罐，緩沖罐再通過高壓管路依次經(jīng)過第二壓力表、第二針閥、調(diào)壓閥，分別通過第三針閥接入高壓反應(yīng)釜底部的下進(jìn)氣口，通過第四針閥接入高壓反應(yīng)釜頂部的上進(jìn)氣口。

按上述方案，所述回壓卸荷系統(tǒng)包括與高壓反應(yīng)釜頂部的出氣孔相連的排氣管路、閥門以及回壓閥，閥門以及回壓閥設(shè)置在排氣管路上。

按上述方案，所述高壓反應(yīng)釜主要包括反應(yīng)釜體、反應(yīng)釜上端蓋、反應(yīng)釜下端蓋、第一透明窗口、第二透明窗口、透明窗口端蓋、內(nèi)腔的中間隔檔以及側(cè)邊隔檔，其中反應(yīng)釜上下端蓋均通過密封圈與螺紋分別實現(xiàn)和反應(yīng)釜體頂部與底部的密封連接。

按上述方案，所述高壓反應(yīng)釜下部側(cè)壁設(shè)有一小孔，溫度傳感器插入該小孔中。

按上述方案，所述高低溫恒溫箱兩側(cè)的第一透明窗口、第二透明窗口安裝在兩側(cè)的可開式側(cè)門上。

本發(fā)明還提供了一種通過上述實驗裝置評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的方法，包括如下步驟：

(1)將鉆井液和所需氣體送入高壓反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力和溫度至設(shè)定值以模擬地層條件，并維持一段時間；

(2)通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥控制由高壓反應(yīng)釜底部進(jìn)入釜內(nèi)氣體的鼓泡速度，實驗過程中氣泡上升受阻的模擬，通過高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔中間隔檔與更換具有不同流體過流通道面積與形狀的高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔實現(xiàn)；

(3)實時采集高壓反應(yīng)釜內(nèi)部溫度和壓力數(shù)據(jù)，并且考慮高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔不同流體過流通道面積與形狀的情況，通過溫度、壓力以及高壓反應(yīng)釜一側(cè)第二透明窗口處氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時間的變化情況來模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

按上述方案，所述步驟(3)中模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力，該過程的具體步驟如下：

a.實驗裝置的安裝和氣密性檢測：關(guān)閉回壓卸荷系統(tǒng)上的閥門，打開氣源向高壓反應(yīng)釜內(nèi)通入所需氣體增壓至10MPa后，保壓觀察10小時，檢查所有針閥、閥門、氣體管路和高壓反應(yīng)釜的氣密性，檢查實驗裝置有無泄露；

b.管路與高壓反應(yīng)釜的吹掃：檢查實驗裝置無泄露后，在高壓反應(yīng)釜內(nèi)裝入0.5L鉆井液；打開回壓卸荷系統(tǒng)的閥門與氣體控制系統(tǒng)的第一針閥、第二針閥、第三針閥以及第四針閥，隨后打開氣源利用甲烷氣體吹掃管路與高壓反應(yīng)釜，確保高壓反應(yīng)釜及連接管路內(nèi)沒有其它氣體；

c.實驗開始前的準(zhǔn)備：啟動高低溫恒溫箱并設(shè)定降溫溫度，開始降溫；待溫度降至模擬地層條件的設(shè)定溫度并保持平衡后，打開計算機(jī)，通過壓力傳感器溫度傳感器監(jiān)測記錄高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力；關(guān)閉第三針閥，打開氣源以及第一針閥、第二針閥、第四針閥，由上進(jìn)氣口向高壓反應(yīng)釜內(nèi)通入氣體，使高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到一定值，然后關(guān)閉氣源及第一針閥、第二針閥、第四針閥；

d.完成上述工作后，打開氣源使供氣壓力達(dá)到一定值后打開第一針閥，氣體進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行降溫；關(guān)閉第三針閥，打開第二針閥、第四針閥以及回壓卸荷系統(tǒng)中的閥門并調(diào)節(jié)回壓閥配合氣源控制高壓反應(yīng)釜內(nèi)部壓力；調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，關(guān)閉第四針閥，打開第三針閥，此時緩沖罐中的氣體依次經(jīng)過第二針閥、調(diào)壓閥以及第三針閥，由高壓反應(yīng)釜底部的下進(jìn)氣口進(jìn)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)鉆井液中，氣體鼓泡速度通過調(diào)壓閥加以控制；

e.通過高壓反應(yīng)釜一側(cè)的第二透明窗口，首先觀察氣泡通過高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔過流通道的情況；其次隨著時間推移，觀察高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔上方鉆井液與氣體界面處水合物形成情況；最后進(jìn)行氣泡聚集及后續(xù)抑制水合物形成的觀測：觀察氣泡在中間隔檔以及側(cè)邊隔檔下方聚集以及后續(xù)此處水合物的形成情況，針對不同溫度、壓力以及側(cè)邊隔檔過流面積條件，模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明可在不同溫度、壓力與不同流體過流通道面積與形狀條件下，模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力，通過透明窗口直觀觀測鉆井液中相應(yīng)的水合物形成過程，從而實現(xiàn)較大體積條件下模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及各種鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力的評價，并對各種鉆井液相關(guān)處理劑與水合物抑制劑加以優(yōu)選；

2、通過調(diào)壓閥可實現(xiàn)實驗裝置中氣體鼓泡速度的調(diào)節(jié)控制，通過更換具有不同流體過流通道面積與形狀的高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔可實現(xiàn)氣泡上升受阻的模擬，該實驗裝置主要特點之一是能較好地模擬井下環(huán)空中氣泡上升受阻條件下的水合物形成過程；之二是壓力和溫度控制方便；之三是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作方便，實驗可重復(fù)性強(qiáng)；

3、研究適用于天然氣水合物地層鉆井、凍土鉆井與海洋鉆井的鉆井液體系設(shè)計，對于我國水合物和常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)都具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益；

4、研究還可用于相關(guān)科研院所的水合物科學(xué)實驗與研究，以及為石油鉆井和地質(zhì)勘探相關(guān)企業(yè)與科研院所提供鉆井液測試的裝置和技術(shù)服務(wù).

附圖說明

圖1為本發(fā)明評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實驗裝置的示意圖；

圖1中，1.第一壓力表；2.第一針閥；3.高低溫恒溫箱；4.第二針閥；5.調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)；6.第三針閥；7.第四針閥；8.高壓反應(yīng)釜；9.上進(jìn)氣口；10.出氣孔；11.閥門；12.壓力傳感器；13.回壓閥；14.氣源；15.緩沖罐；16.第二壓力表；17.釜體固定螺栓；18.第一透明窗口；19.下進(jìn)氣口；20.反應(yīng)釜內(nèi)腔中間隔檔；21.隔檔固定螺栓；22.反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔；23.第二透明窗口；24.溫度傳感器；25.計算機(jī)；

圖2為三個不同反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔示意圖；

圖3為反應(yīng)釜內(nèi)腔三組不同側(cè)邊隔檔條件下反應(yīng)釜內(nèi)的壓力變化曲線圖；

圖4為氣體氣泡通過反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔過流通道的情況；

圖5為反應(yīng)釜內(nèi)腔三組不同側(cè)邊隔檔條件下釜內(nèi)初始水合物形成位置及形態(tài)對比圖；

圖6為反應(yīng)釜內(nèi)腔三組不同側(cè)邊隔檔條件下釜內(nèi)第二處水合物形成位置及形態(tài)對比圖；

圖7為反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔A條件下氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時間的變化情況；

圖8為反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔B條件下氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時間的變化情況；

圖9為反應(yīng)釜內(nèi)腔側(cè)邊隔檔C條件下氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時間的變化情況。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)一步的描述，所舉實例只用于解釋說明本發(fā)明，并非限定本發(fā)明的應(yīng)用范圍。

如圖1所示，本發(fā)明實施例所述的評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的實驗裝置，包括提供鉆井液與天然氣進(jìn)行反應(yīng)形成水合物的高壓反應(yīng)釜8，提供反應(yīng)所需溫度環(huán)境的高低溫恒溫箱3，以及氣體控制系統(tǒng)、回壓卸荷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中：高壓反應(yīng)釜8放置于高低溫恒溫箱3中，高壓反應(yīng)釜8兩側(cè)安裝有第一透明窗口18、第二透明窗口23，第一透明窗口18、第二透明窗口23兩側(cè)墊有密封墊片，第一透明窗口18、第二透明窗口23及其兩側(cè)密封墊片連接通過8個釜體固定螺栓17固定于高壓反應(yīng)釜8外兩側(cè)，其中第二透明窗口23為主要觀察窗口，第一透明窗口18為輔助觀察與照明窗口；高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔設(shè)置有中間隔檔20與側(cè)邊隔檔22，中間隔檔20為一圓狀薄金屬塊，高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔中部側(cè)壁凹槽上套有一密封圈，該密封圈與高壓反應(yīng)釜8內(nèi)壁密封接觸，中間隔檔20中心有一圓孔，側(cè)邊隔檔22為一薄片狀隔檔，側(cè)邊隔檔22通過隔檔固定螺栓22及該圓孔的配合固定于中間隔檔20上，側(cè)邊隔檔22位于第二透明窗口23的一側(cè)設(shè)有一定面積的流體過流通道，用于供高壓反應(yīng)釜8底部進(jìn)入的氣體通過，其中模擬環(huán)空循環(huán)通道由高壓反應(yīng)釜下部內(nèi)腔、側(cè)邊隔檔的流體過流通道與高壓反應(yīng)釜上部內(nèi)腔組成；

高壓反應(yīng)釜8頂部設(shè)置有一個上進(jìn)氣口9和出氣孔10，高壓反應(yīng)釜8底部設(shè)置有一個下進(jìn)氣口19，上進(jìn)氣口9、下進(jìn)氣口19分別通過高壓管路與氣體控制系統(tǒng)相連，出氣孔10通過排氣管路與回壓卸荷系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器24、壓力傳感器12、數(shù)據(jù)采集信號線以及計算機(jī)25，溫度傳感器24安裝于高壓反應(yīng)釜8下部，壓力傳感器12安裝于高壓反應(yīng)釜8頂部排氣口10處，溫度傳感器24、壓力傳感器12通過數(shù)據(jù)采集信號線與計算機(jī)25相連。

氣體控制系統(tǒng)包括氣源14、緩沖罐15、調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5、第一壓力表1、第二壓力表16、第一針閥2、第二針閥4、第三針閥6、第四針閥7以及高壓管路，其中氣源14通過高壓管路依次經(jīng)過第一壓力表1與第一針閥2接入緩沖罐15，緩沖罐15再通過高壓管路依次經(jīng)過第二壓力表16、第二針閥4、調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5，分別通過第三針閥6接入高壓反應(yīng)釜8底部的下進(jìn)氣口19，通過第四針閥7接入高壓反應(yīng)釜8頂部的上進(jìn)氣口9。氣源14中的氣體依次經(jīng)過第一壓力表1與第一針閥2進(jìn)入緩沖罐15中，而后氣體再依次經(jīng)過第二壓力表16、第二針閥4、進(jìn)氣速度調(diào)控閥(調(diào)壓閥)5)，再分別經(jīng)過第三針閥6以及高壓反應(yīng)釜8底部的下進(jìn)氣口19進(jìn)入高壓反應(yīng)釜8內(nèi)，以及經(jīng)過第四針閥7以及反應(yīng)釜8頂部的上進(jìn)氣口9進(jìn)入反應(yīng)釜8內(nèi)。

回壓卸荷系統(tǒng)包括與高壓反應(yīng)釜8頂部的出氣孔10相連的排氣管路、閥門11以及回壓閥13，閥門11以及回壓閥13設(shè)置在排氣管路上。實驗進(jìn)行過程中與回壓卸荷時，高壓反應(yīng)釜8內(nèi)氣體依次經(jīng)過高壓反應(yīng)釜8頂部的出氣孔10、排氣管路、閥門11以及回壓閥13排出實驗裝置。

高壓反應(yīng)釜8主要包括反應(yīng)釜體、反應(yīng)釜上端蓋、反應(yīng)釜下端蓋、第一透明窗口18、第二透明窗口23、透明窗口端蓋、內(nèi)腔的中間隔檔20以及側(cè)邊隔檔22，其中反應(yīng)釜上下端蓋均通過密封圈與螺紋分別實現(xiàn)和反應(yīng)釜體頂部與底部的密封連接。

高壓反應(yīng)釜8下部側(cè)壁設(shè)有一小孔，溫度傳感器24插入該小孔中。

高低溫恒溫箱3兩側(cè)的第一透明窗口18、第二透明窗口23安裝在兩側(cè)的可開式側(cè)門上。高壓反應(yīng)釜8內(nèi)裝有鉆井液，在模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中，通過一側(cè)透明窗口23觀察在側(cè)邊隔檔22、中間隔檔20與氣液界面處的氣泡聚集情況及后續(xù)水合物形成情況。

通過上述實驗裝置評價深水鉆井中水合物形成與聚集行為的方法，包括如下步驟：

(1)將鉆井液和所需氣體送入高壓反應(yīng)釜8中，調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜8內(nèi)壓力和溫度至設(shè)定值以模擬地層條件，并維持一段時間；

(2)測試時，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5控制由高壓反應(yīng)釜8底部進(jìn)入釜內(nèi)氣體的鼓泡速度，實驗過程中氣泡上升受阻的模擬，通過高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔中間隔檔20與更換具有不同流體過流通道面積與形狀的高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔側(cè)邊隔檔22實現(xiàn)；

(3)實時采集高壓反應(yīng)釜8內(nèi)部溫度和壓力數(shù)據(jù)，并且考慮高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔側(cè)邊隔檔22不同流體過流通道面積與形狀的情況，通過溫度、壓力以及高壓反應(yīng)釜8一側(cè)第二透明窗口23處氣泡聚集及后續(xù)水合物形成隨時間的變化情況來模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

步驟(3)中模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力，該過程的具體步驟如下：

a.實驗裝置的安裝和氣密性檢測：首先按圖1的方式將各系統(tǒng)安裝完成，其次關(guān)閉回壓卸荷系統(tǒng)上的閥門11，打開氣源14向高壓反應(yīng)釜8內(nèi)通入甲烷氣體增壓至10MPa后，保壓觀察10小時，檢查所有針閥、閥門、氣體管路和高壓反應(yīng)釜8的氣密性，檢查實驗裝置有無泄露；

b.管路(包括高壓管路和排氣管路)與高壓反應(yīng)釜8的吹掃：檢查實驗裝置無泄露后，在高壓反應(yīng)釜8內(nèi)裝入0.5L鉆井液；打開回壓卸荷系統(tǒng)的閥門11與氣體控制系統(tǒng)的第一針閥2、第二針閥4、第三針閥6以及第四針閥7，隨后打開氣源14利用甲烷氣體吹掃管路與高壓反應(yīng)釜8，確保高壓反應(yīng)釜8及連接管路內(nèi)沒有其它氣體；

c.實驗開始前的準(zhǔn)備：啟動高低溫恒溫箱3并設(shè)定降溫溫度，開始降溫；待溫度降至模擬地層條件的設(shè)定溫度并保持平衡后，打開計算機(jī)25，通過壓力傳感器12和溫度傳感器24監(jiān)測記錄高壓反應(yīng)釜8內(nèi)的溫度和壓力；關(guān)閉第三針閥6，打開氣源14以及第一針閥2、第二針閥4、第四針閥7，由上進(jìn)氣口9向高壓反應(yīng)釜8內(nèi)通入氣體(氣體僅從上進(jìn)氣口9進(jìn)入高壓反應(yīng)釜8內(nèi)，實現(xiàn)鼓泡實驗初期釜內(nèi)增壓的目的)，使高壓反應(yīng)釜8內(nèi)壓力達(dá)到一定值，然后關(guān)閉氣源14及第一針閥2、第二針閥4、第四針閥7；

d.完成上述工作后，打開氣源14使供氣壓力達(dá)到一定值后打開第一針閥2，氣體進(jìn)入緩沖罐15進(jìn)行降溫；關(guān)閉第三針閥6，打開第二針閥4、第四針閥7以及回壓卸荷系統(tǒng)中的閥門11并調(diào)節(jié)回壓閥13配合氣源14控制高壓反應(yīng)釜8內(nèi)部壓力；調(diào)節(jié)調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5，關(guān)閉第四針閥7，打開第三針閥6，此時緩沖罐15中的氣體依次經(jīng)過第二針閥4、調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5以及第三針閥6，由高壓反應(yīng)釜8底部的下進(jìn)氣口19進(jìn)入高壓反應(yīng)釜8內(nèi)鉆井液中(氣體僅從下進(jìn)氣口19進(jìn)入高壓反應(yīng)釜8內(nèi)，實現(xiàn)氣體從高壓反應(yīng)釜8底部進(jìn)入釜內(nèi)并鼓泡的實驗?zāi)康?，氣體鼓泡速度通過調(diào)壓閥(進(jìn)氣速度調(diào)控閥)5加以控制；

e.通過高壓反應(yīng)釜8一側(cè)的第二透明窗口23，首先觀察氣泡通過高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔側(cè)邊隔檔22過流通道的情況；其次隨著時間推移，觀察高壓反應(yīng)釜8內(nèi)腔側(cè)邊隔檔22上方鉆井液與氣體界面處水合物形成情況；最后進(jìn)行氣泡聚集及后續(xù)抑制水合物形成的觀測：觀察氣泡在中間隔檔20以及側(cè)邊隔檔22下方聚集以及后續(xù)此處水合物的形成情況，從而針對不同溫度、壓力以及側(cè)邊隔檔過流面積條件，模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

參照圖2，分別在反應(yīng)釜內(nèi)腔中部位置采用了三種具有不同過流通道面積與形狀的側(cè)邊隔檔22(側(cè)邊隔檔22厚度均一樣)，進(jìn)行三組實驗，實驗A中采用了具有最大的過流通道面積(約1.20cm²)與最簡單的過流通道形式(一個矩形)的側(cè)邊隔檔22，實驗B中采用了具有中等的過流通道面積(約0.55cm²)與較簡單的過流通道形式(若干個相同面積且均勻分布的圓形，單個圓形面積約為0.026cm²)的側(cè)邊隔檔22，實驗C中采用了具有最小的過流通道面積(約0.35cm²)與最復(fù)雜的過流通道形式(若干個相同面積且均勻分布的正方形，單個正方形面積約為0.0045cm²)的側(cè)邊隔檔22。

參照圖3所示，對于高壓反應(yīng)釜8內(nèi)壓力隨時間變化情況，三組實驗A、B、C中不同的反應(yīng)釜內(nèi)腔隔檔(由相同的中間隔檔20與不同的側(cè)邊隔檔22組成)對實驗產(chǎn)生了一定的不同影響，其中的貢獻(xiàn)主要來自于具有不同流體過流通道面積與形狀的側(cè)邊隔檔22。而對于系統(tǒng)中中間隔檔20與側(cè)邊隔檔22下方氣泡的聚集與氣泡通過側(cè)邊隔檔22并脫離上升，可以明顯看出這三種不同側(cè)邊隔檔22會對氣泡的上述行為產(chǎn)生不同的影響，如圖4所示，實驗A中的最大過流通道面積與最簡單過流通道形狀對氣泡的上述行為影響最小，而實驗C中的最小過流通道面積與最復(fù)雜過流通道形狀對氣泡的上述行為影響最大。

對于實驗裝置中的水合物形成，同樣由于三組實驗中釜內(nèi)側(cè)邊隔檔22上的過流通道面積與形狀的差異，導(dǎo)致反應(yīng)釜內(nèi)氣液交界面處初始水合物形成的特征存在差異，如圖5所示，從透明窗口23處可以觀察到實驗C中氣液交界面下方存在有較多且直徑較大的氣泡(相對于實驗A與實驗B)，它們隨時間推移逐漸轉(zhuǎn)化為水合物。此外，隨著時間推移，對于釜內(nèi)中間隔檔20附近第二次出現(xiàn)的水合物形成，如圖6所示，在實驗A中，其第二次水合物主要形成于釜內(nèi)中間隔檔20下方的聚集氣泡中，在側(cè)邊隔檔22的氣泡過流通道處基本沒有形成；對于實驗B與實驗C，除了與實驗A相類似的在釜內(nèi)中間隔檔20下方的聚集氣泡中形成第二次水合物外，在實驗B中于側(cè)邊隔檔22下方還聚集有一定數(shù)量的氣泡，而在實驗C中不僅于側(cè)邊隔檔22處形成一定量的水合物，而且還在側(cè)邊隔檔22下方的透明窗口23內(nèi)壁處也形成有少量的水合物。

對于高壓反應(yīng)釜8內(nèi)水合物的形成與聚集情況，這三組實驗中的情況由于釜內(nèi)側(cè)邊隔檔22上的過流通道面積與形狀的差異而存在差異：

1)如圖7所示，在實驗A中，反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22處具有最大的過流通道面積與最簡單的過流通道形狀，該側(cè)邊隔檔22氣體通道處由于沒有水合物形成直至實驗結(jié)束仍未被封堵，進(jìn)入高壓反應(yīng)釜8內(nèi)的氣泡一部分在釜內(nèi)中間隔檔20下方聚集，一部分通過釜內(nèi)側(cè)邊隔檔22的氣體過流通道繼續(xù)上升。當(dāng)氣液界面處于3min左右形成水合物之后，這些通過側(cè)邊隔檔22繼續(xù)上升的氣泡就在此氣液界面水合物層下方開始聚集并逐步在這些氣泡與水的球形界面處形成水合物膜。在3min到20.5min這一實驗時間段中每隔2.5min所截取的視頻圖像情況如圖7所示。在實驗過程初期，由于該過流條件下通過側(cè)邊隔檔22的氣泡體積與速度均較大，在氣液界面水合物層下方聚集過程中發(fā)生碰撞，其中的氣體將逸出并產(chǎn)生合并，進(jìn)而在新形成的氣泡與水的球形界面處又形成水合物膜。實驗進(jìn)行到20min左右時，高壓反應(yīng)釜8下進(jìn)氣口19已經(jīng)完全被這些有水合物膜包裹的氣泡覆蓋，當(dāng)實驗進(jìn)行至28min左右時，高壓反應(yīng)釜8內(nèi)再沒有無水合物膜包裹的氣泡出現(xiàn)，推測此時下進(jìn)氣口19已被完全堵塞。

2)實驗B相對于實驗A，反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22處過流通道面積相對較小且過流通道形狀相對較為復(fù)雜，使得氣泡在反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22下方聚集并發(fā)生氣泡的合并(存在數(shù)個較大氣泡)，該側(cè)邊隔檔22對于氣泡的通過起到較為明顯的阻礙作用(參見圖4與圖8)。在10.5min到17.5min這一實驗時間段中每隔1min所截取的視頻圖像情況如圖8所示，反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22氣體通道在實驗進(jìn)行到17.5min左右時被此處形成的水合物完全封堵，在該實驗時間段后期(14.5min開始)，側(cè)邊隔檔22下方附近的第二透明窗口23內(nèi)壁處也形成有少量的水合物。同時，在上述實驗時間段中，氣液界面往下依次存在有初期薄層狀水合物膜(由后期氣泡與水合物膜聚集沖擊與擠壓作用所殘留下來)，與后期剛在氣泡與水界面處形成的似球狀水合物膜。在這些擠壓形成的薄層狀水合物膜與似球狀水合物膜之間可能存在一定的孔隙通道，不過其隨著實驗時間的推移而逐漸變小甚至被封閉。

3)在實驗C中，反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22處過流通道面積相對最小且過流通道形狀相對最復(fù)雜，相對實驗B與實驗A而言，該側(cè)邊隔檔22對其下方氣泡的聚集與合并的影響更為明顯(存在一個相當(dāng)大的氣泡)，該側(cè)邊隔檔22對于氣泡的通過起到更為明顯的阻礙作用(圖9)。在7.5min到16.5min這一實驗時間段中每隔1min所截取的視頻圖像情況如圖9所示，反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22氣體通道在實驗進(jìn)行到16.5min左右時被此處形成的水合物完全封堵，在該實驗時間段后期(11.5min開始)，相對于實驗B，側(cè)邊隔檔22下方附近的第二透明窗口23內(nèi)壁處也形成有較多的水合物。與實驗A和實驗B不同的是，在氣液界面以下由聚集氣泡形成的水合物膜形態(tài)保持較好且直徑也較均勻，受沖擊與擠壓作用較前兩個實驗要小不少，這與該側(cè)邊隔檔22對氣泡通過所產(chǎn)生的較大阻礙作用(最小的過流通道面積與最復(fù)雜的過流通道形式)密切相關(guān)。在7.5min到11.5min時間段中，后續(xù)氣泡聚集對氣液界面下方已存在的似球狀水合物膜具有一定的沖擊與擠壓作用，使這些似球狀水合物膜堆積體產(chǎn)生一定的擠密效果。

因此，通過這三種不同的反應(yīng)釜內(nèi)腔中部側(cè)邊隔檔22可以實現(xiàn)在不同過流通道情況下氣泡在中間隔檔20與側(cè)邊隔檔22下方聚集、通過側(cè)邊隔檔22并在氣液界面處聚集的過程，同時還可以觀察后續(xù)實驗過程中在中間隔檔20下方、側(cè)邊隔檔22氣體通道處與氣液界面處的水合物形成過程及特點。進(jìn)而，可以在不同過流通道情況下模擬鉆屑或地層中水合物的分解氣體或淺層氣進(jìn)入井筒環(huán)空中形成水合物，進(jìn)而評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

實驗結(jié)束時，關(guān)閉氣源14、高壓反應(yīng)釜8的下進(jìn)氣口19與調(diào)壓閥5之間的第三針閥6、上進(jìn)氣口9與調(diào)壓閥5之間的第四針閥7以及緩沖罐15與調(diào)壓閥5之間的第二針閥4，隨后緩慢打開與高壓反應(yīng)釜8頂部的出氣孔10相連的回壓卸荷系統(tǒng)中排氣管路上的閥門11與回壓閥13對實驗裝置進(jìn)行卸壓，直至實驗裝置壓力降至大氣壓。

重復(fù)上述操作，可觀測不同過流通道情況下進(jìn)入釜內(nèi)鉆井液中氣泡在中間隔檔20與側(cè)邊隔檔22下方聚集、通過側(cè)邊隔檔22并在氣液界面處聚集的過程，以及后續(xù)實驗過程中在中間隔檔20下方、側(cè)邊隔檔22氣體通道處與氣液界面處的水合物形成過程，進(jìn)而結(jié)合上述過程的相應(yīng)特點評價模擬環(huán)空循環(huán)通道對水合物形成與聚集行為的影響以及鉆井液抑制水合物形成和聚集行為的能力。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之類，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。