高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法

技术领域

本发明属于甲烷在油基钻井液中的溶解度测试技术领域，涉及一种溶解度测试实验装置及方法，具体涉及一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法。

背景技术

甲烷在油基钻井液中的溶解度测试一般需要通过实验进行，一般实验在高温以及高压的环境下进行，甲烷溶解在油基钻井液中，通过仪器进行检测溶解量的检测，实现溶解度的检测。

在公开号为CN111272952B的一种测定钻井气侵时气体在油基钻井液中溶解速度的实验装置中，其可使气体溶解到油基钻井液中，进行实验；但其存在如下缺陷，其不易进行提高气体的溶解效率，不易使气体快速溶解到油基钻井液中，溶解效率较慢。

在申请号为CN202011456442.9的一种高温高压条件天然气溶解度测试反应釜、装置及方法，可选的在底部使用电磁搅拌器对油基进行搅拌，主要目的是为了使钻井液快速达到热平衡，对气体快速溶解到钻井液中的帮助十分有限。

因此，本发明采用提高溶解效率，使通入气体扩散的设计，针对上述问题提出一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法，用于解决现有技术中溶解效率较低的问题。进一步用于解决无法快速均匀的扩散到油基钻井液中的问题，通过底部设置的搅拌电机带动搅拌叶片进行转动，可进行油基钻井液内部的混合搅拌，进一步其通过第二气泵进行输送甲烷气体，通过多个均匀分布的竖管进行扩散，通过细孔进行排出的油基钻井液中，通过其多个均匀的分布，便于扩散到油基钻井液中；又进一步在进行向油基钻井液中通入甲烷时，可驱动圆盘盖进行转动，圆盘盖下部的结构也会随之一起进行转动，从而使得多个竖管一起进行圆周运动，从而使得竖管为油基钻井液中均匀提供甲烷气体；通过上述，极大的提高了甲烷气体在油基钻井液中的溶解速度，便于提高整体的实验速度，节约了实验时间，整体使用效果较好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置，其包括：罐体、竖管以及第二气泵；其中，所述罐体的底部固定安装有支撑座，所述罐体的正面设置有观察窗，所述罐体的正面安装有检测仪；所述罐体的顶部开口处设置有可自动转动的圆盘盖，所述圆盘盖下方设置有可升降调节高度的活塞盘，所述活塞盘的圆柱面上固定套接有密封圈，且密封圈与罐体的内壁紧密接触；所述活塞盘的盘面上均匀开设有若干个通孔，所述竖管贯穿通孔，且竖管的顶端与圆盘盖的底部固定连接，所述竖管上套设有波纹软套管，所述波纹软套管的顶端与圆盘盖的底部固定连接，且波纹软套管的底端与活塞盘的顶部固定连接，所述波纹软套管的底端与通孔连通；所述竖管的下部沿长度方向等间距开设有多个细孔，且竖管底端闭口；所述活塞盘的顶部固定安装有第二气泵，所述第二气泵的进气嘴贯穿活塞盘，且第二气泵的进气嘴底端位于活塞盘的下方，所述第二气泵的出气口连通安装有软管，所述软管与设置在圆盘盖内部的空腔连通，所述竖管顶端也与圆盘盖内部的空腔连通；所述罐体的一侧安装有进出液阀以及通气阀门，所述罐体的另一侧安装有进气阀门；所述罐体的底部内壁上安装有加热盘；所述罐体的内壁上沿高度方向等间距安装有多个温度传感器。

进一步地，所述罐体的底部设置有搅拌电机，所述搅拌电机的壳体四周外壁上均匀固定安装有多个固定架，所述固定架与罐体的底部外壁固定连接，所述搅拌电机的输出轴端固定安装有搅拌叶片，且搅拌叶片位于罐体的底部内壁上方。

进一步地，所述圆盘盖的底部固定安装有齿轮环，所述齿轮环的外圈一侧啮合连接有第三圆柱齿轮，所述第三圆柱齿轮的下方设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与第三圆柱齿轮固定套接，所述第二驱动电机固定安装有固定板，所述固定板固定安装在罐体顶部一侧内壁上，所述圆盘盖与罐体顶部的开口处间隙配合连接。

进一步地，所述圆盘盖的中部开设有安装孔，所述安装孔间隙配合连接有转动螺母，且转动螺母为回转体结构，所述转动螺母螺纹连接有螺杆，所述螺杆的底端与活塞盘的中部固定连接，所述活塞盘的顶部盘面上固定安装有多个导杆，所述导杆贯穿设置在圆盘盖上的导孔，所述转动螺母的顶端固定套接有第一圆柱齿轮，所述圆盘盖上设置有顶孔。

进一步地，所述第一圆柱齿轮啮合连接有第二圆柱齿轮，所述圆盘盖上固定安装有固定支架，所述固定支架上固定安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与第二圆柱齿轮固定套接。

进一步地，所述第一驱动电机以及第二驱动电机均由外壳、转动电机、转轴、蜗轮以及蜗杆构成；所述外壳的外壁上固定安装有转动电机，所述外壳内部转动安装有蜗杆以及转轴，所述转轴上固定套接有蜗轮，所述蜗轮与蜗杆啮合连接，所述蜗杆一端与转动电机的输出轴端固定连接。

进一步地，所述活塞盘顶部固定安装有第一气泵，所述第一气泵的出气端安装有第二电控阀门，所述第二电控阀门连接有第三连接管，所述第三连接管与密封圈内部的气腔连通；所述密封圈内部的气腔还连通有第一连接管以及第二连接管，所述第一连接管的一端部安装有第一电控阀门，且第一电控阀门安装在活塞盘的顶部，所述第二连接管的一端部安装有第二压力传感器，所述第二压力传感器安装在活塞盘的顶部。

进一步地，所述活塞盘的顶部设置有控制盒以及第二无线模块，所述控制盒内设置有第二控制器以及电源，所述活塞盘的底部中心处设置有第一压力传感器，所述第二无线模块以及第一压力传感器均电连接至第二控制器，所述第二控制器还与第一气泵、第二气泵、第一电控阀门以及第二电控阀门电连接。

进一步地，所述罐体的一侧外壁上固定安装有控制柜，所述控制柜内设置有第一无线模块以及第一控制器，所述第一无线模块电性连接至第一控制器，且第一无线模块与第二无线模块电连接；所述第一控制器还与检测仪、转动电机、搅拌电机、加热盘以及温度传感器电性连接。

一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验方法，包括如下步骤：

步骤一、油基钻井液的装入，打开进出液阀、通气阀门，通过进出液阀通入油基钻井液，使得罐体位于通气阀门下部位置处充满油基钻井液，进行通入油基钻井液时，通过观察窗进行观察，判断液位高度，然后关闭进出液阀、通气阀门；

步骤二、甲烷气体的装入，通过进气阀门连接外部的供气设备，通过第一驱动电机驱动第二圆柱齿轮进行转动，通过第二圆柱齿轮与第一圆柱齿轮之间的啮合传动，可使转动螺母进行自转，使得转动螺母关于螺杆进行拧动，配合导杆与导孔的导向，实现了活塞盘的竖向驱动，使活塞盘上行，移动到罐体中的高位处，活塞盘上行时，为活塞盘底部罐体空间提供了抽吸，通过供气设备向罐体中装入甲烷，然后关闭进气阀门；

步骤三、加热以及加压，通过加热盘进行加热，使得罐体内部温度上升，使其形成高温环境，通过温度传感器进行传感，进行内部温度的反馈，为控制柜提供反馈信号，从而进行温度的控制，通过驱动，使活塞盘进行下行，通过活塞盘进行下压，实现增压，使得甲烷气压增加，形成高压，从而使得内部形成高温高压的环境，其气压通过第一压力传感器进行传感，传递到第二控制器中，通过第二控制器进行处理，通过第二无线模块进行信号传输，以无线信号的形式传递到控制柜中，通过第一无线模块接收，传递到第一控制器中，通过第一控制器进行第一驱动电机的控制，实现压力大小的调节，从而控制内部环境的高压、高温大小；

步骤四、辅助溶解，其在特定的高压、高温环境下，通过第二气泵进行抽吸活塞盘底部的甲烷气体，使得甲烷气体通过软管进入到空腔中，为竖管顶部提供甲烷气体，气体通过竖管输送，通过竖管底部的细孔排出，使得气体通入到油基钻井液中，通过多个均匀分布的竖管，使得通入的气体进行分散，分散到油基钻井液中不同的位置；

步骤五、转动混合，通过搅拌电机驱动，使得搅拌叶片进行转动，通过搅拌叶片进行内部油基钻井液的搅拌，便于通入气体的混合，进一步通过第二驱动电机提供驱动，使第三圆柱齿轮进行转动，通过第三圆柱齿轮与齿轮环之间的啮合传动，使得圆盘盖进行自转，圆盘盖下方的结构也会随之一起进行自转，包括活塞盘，在进行转动时，第二气泵进行持续通气，从而使得竖管进行圆周运动时，进行持续的出气，可进一步提高通入气体分散到油基钻井液的效果，便于溶解；

步骤六、测定，在进行溶解后，通过检测仪进行油基钻井液中甲烷的测量，完成实验。

本技术方案的有益效果如下：

本发明提供的高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法，本申请提出的高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法可提供不同的高温高压环境，通过检测仪进行溶解度的检测，与传统技术相比较，其便于甲烷气体扩散、均匀的混合到油基钻井液中，具体通过底部设置的搅拌电机带动搅拌叶片进行转动，可进行油基钻井液内部的混合搅拌，进一步其通过第二气泵进行输送甲烷气体，通过多个均匀分布的竖管进行扩散，通过细孔进行排出的油基钻井液中，通过其多个均匀的分布，便于扩散到油基钻井液中；又进一步在进行向油基钻井液中通入甲烷时，可驱动圆盘盖进行转动，圆盘盖下部的结构也会随之一起进行转动，从而使得多个竖管一起进行圆周运动，从而使得竖管为油基钻井液中均匀提供甲烷气体；通过上述，极大的提高了甲烷气体在油基钻井液中的溶解速度，便于提高整体的实验速度，节约了实验时间，整体使用效果较好。

附图说明

图1是发明的结构示意图；

图2是图1所示实施例中罐体内部的结构示意图；

图3是图2所示实施例中A部放大的结构示意图；

图4是图1所示实施例中活塞盘和密封圈截面结构示意图；

图5是图1所示实施例中齿轮环与第三圆柱齿轮的结构示意图；

图6是图1所示实施例中圆盘盖的结构示意图；

图7是图1所示实施例中第一驱动电机的结构示意图；

图8是图1所示实施例中转动螺母的立体结构示意图；

图9是图1所示实施例中罐体底部的结构示意图；

图10是本申请中工作原理示意图。

图中附图标记的含义：1、罐体；2、支撑座；3、进出液阀；4、通气阀门；5、观察窗；6、检测仪；7、进气阀门；8、圆盘盖；801、空腔；9、导孔；10、导杆；11、转动螺母；12、第一圆柱齿轮；13、螺杆；14、固定支架；15、第一驱动电机；1501、外壳；1502、转动电机；1503、转轴；1504、蜗轮；1505、蜗杆；16、第二圆柱齿轮；17、控制柜；1701、第一控制器；1702、第一无线模块；18、安装孔；19、齿轮环；20、活塞盘；21、密封圈；22、波纹软套管；23、竖管；24、细孔；25、搅拌电机；26、搅拌叶片；27、加热盘；28、温度传感器；29、第一压力传感器；30、第二无线模块；31、第二压力传感器；32、第一电控阀门；33、第一气泵；34、第二气泵；3401、气泵嘴；35、软管；36、控制盒；3601、第二控制器；3602、电源；37、通孔；38、第一连接管；39、第二连接管；40、第二电控阀门；41、第三连接管；42、第二驱动电机；43、固定板；44、第三圆柱齿轮；45、顶孔；46、固定架。具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1-图10所示，一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置，其包括：罐体1、竖管23以及第二气泵34；所述罐体1的底部固定安装有支撑座2，所述罐体1的正面设置有观察窗5，所述罐体1的正面安装有检测仪6；所述罐体1的顶部开口处设置有可自动转动的圆盘盖8，所述圆盘盖8下方设置有可升降调节高度的活塞盘20，所述活塞盘20的圆柱面上固定套接有密封圈21，且密封圈21与罐体1的内壁紧密接触；所述活塞盘20的盘面上均匀开设有若干个通孔37，所述竖管23贯穿通孔37，且竖管23的顶端与圆盘盖8的底部固定连接，所述竖管23上套设有波纹软套管22，所述波纹软套管22的顶端与圆盘盖8的底部固定连接，且波纹软套管22的底端与活塞盘20的顶部固定连接，所述波纹软套管22的底端与通孔37连通；所述竖管23的下部沿长度方向等间距开设有多个细孔24，且竖管23底端闭口；所述活塞盘20的顶部固定安装有第二气泵34，所述第二气泵34的进气嘴3401贯穿活塞盘20，且第二气泵34的进气嘴3401底端位于活塞盘20的下方，所述第二气泵34的出气口连通安装有软管35，所述软管35与设置在圆盘盖8内部的空腔801连通，所述竖管23顶端也与圆盘盖8内部的空腔801连通；所述罐体1的一侧安装有进出液阀3以及通气阀门4，所述罐体1的另一侧安装有进气阀门7；所述罐体1的底部内壁上安装有加热盘27；所述罐体1的内壁上沿高度方向等间距安装有多个温度传感器28。

作为具体方案，通过检测仪6进行溶解度的检测，其便于甲烷气体扩散、均匀的混合到油基钻井液中，具体通过底部设置的搅拌电机25带动搅拌叶片26进行转动，可进行油基钻井液内部的混合搅拌，进一步其通过第二气泵34进行输送甲烷气体，通过多个均匀分布的竖管23进行扩散，通过细孔24进行排出的油基钻井液中，通过其多个均匀的分布，便于扩散到油基钻井液中；又进一步在进行向油基钻井液中通入甲烷时，可驱动圆盘盖8进行转动，圆盘盖8下部的结构也会随之一起进行转动，从而使得多个竖管23一起进行圆周运动，从而使得竖管23为油基钻井液中均匀提供甲烷气体；通过上述，极大的提高了甲烷气体在油基钻井液中的溶解速度，便于提高整体的实验速度，节约了实验时间，整体使用效果较好。

实施例2

如图2所示，作为具体方案，所述罐体1的底部设置有搅拌电机25，所述搅拌电机25的壳体四周外壁上均匀固定安装有多个固定架46，所述固定架46与罐体1的底部外壁固定连接，所述搅拌电机25的输出轴端固定安装有搅拌叶片26，且搅拌叶片26位于罐体1的底部内壁上方，使得罐体1底部具有搅拌的功能，具体通过搅拌电机25带动搅拌叶片26进行转动，实现了罐体1内部油基钻井液的搅拌混合，便于通入到油基钻井液中气体的混合搅拌。

如图2和图3所示，作为具体方案，所述圆盘盖8的底部固定安装有齿轮环19，所述齿轮环19的外圈一侧啮合连接有第三圆柱齿轮44，所述第三圆柱齿轮44的下方设置有第二驱动电机42，所述第二驱动电机42的输出轴与第三圆柱齿轮44固定套接，所述第二驱动电机42固定安装有固定板43，所述固定板43固定安装在罐体1顶部一侧内壁上，所述圆盘盖8与罐体1顶部的开口处间隙配合连接，通过第二驱动电机42可驱动第三圆柱齿轮44进行转动，通过第三圆柱齿轮44与齿轮环19之间的啮合传动，可驱动圆盘盖8进行转动，从而进一步使得圆盘盖8底部的结构会一起进行转动，便于使竖管23进行圆周运动，使竖管23在油基钻井液中处于不同的位置，为不同位置处提供通气，提高了混合的均匀性。

如图1和图2所示，作为具体方案，所述圆盘盖8的中部开设有安装孔18，所述安装孔18间隙配合连接有转动螺母11，且转动螺母11为回转体结构，所述转动螺母11螺纹连接有螺杆13，所述螺杆13的底端与活塞盘20的中部固定连接，所述活塞盘20的顶部盘面上固定安装有多个导杆10，所述导杆10贯穿设置在圆盘盖8上的导孔9，所述转动螺母11的顶端固定套接有第一圆柱齿轮12，所述圆盘盖8上设置有顶孔45，所述第一圆柱齿轮12啮合连接有第二圆柱齿轮16，所述圆盘盖8上固定安装有固定支架14，所述固定支架14上固定安装有第一驱动电机15，所述第一驱动电机15的输出轴与第二圆柱齿轮16固定套接，通过第一驱动电机15可驱动转动螺母11进行自转，配合导杆10与导孔9之间的导向作用，实现了活塞盘20的升降驱动。

如图7所示，作为具体方案，所述第一驱动电机15以及第二驱动电机42均由外壳1501、转动电机1502、转轴1503、蜗轮1504以及蜗杆1505构成；所述外壳1501的外壁上固定安装有转动电机1502，所述外壳1501内部转动安装有蜗杆1505以及转轴1503，所述转轴1503上固定套接有蜗轮1504，所述蜗轮1504与蜗杆1505啮合连接，所述蜗杆1505一端与转动电机1502的输出轴端固定连接，通过转动电机1502带动蜗杆1505进行转动，通过蜗杆1505与蜗轮1504之间的啮合传动，可使转轴1503进行转动，从而可使第二圆柱齿轮16以及第三圆柱齿轮44进行转动。

如图2和图4所示，作为具体方案，所述活塞盘20顶部固定安装有第一气泵33，所述第一气泵33的出气端安装有第二电控阀门40，所述第二电控阀门40连接有第三连接管41，所述第三连接管41与密封圈21内部的气腔连通；所述密封圈21内部的气腔还连通有第一连接管38以及第二连接管39，所述第一连接管38的一端部安装有第一电控阀门32，且第一电控阀门32安装在活塞盘20的顶部，所述第二连接管39的一端部安装有第二压力传感器31，所述第二压力传感器31安装在活塞盘20的顶部，其可为密封圈21提供不同大小的气压，从而改变密封圈21的膨胀程度，具体通过第一气泵33提供充气，实现。

如图10所示，所述活塞盘20的顶部设置有控制盒36以及第二无线模块30，所述控制盒36内设置有第二控制器3601以及电源3602，所述活塞盘20的底部中心处设置有第一压力传感器29，所述第二无线模块30以及第一压力传感器29均电连接至第二控制器3601，所述第二控制器3601还与第二压力传感器31、第一气泵33、第二气泵34、第一电控阀门32以及第二电控阀门40电连接；所述罐体1的一侧外壁上固定安装有控制柜17，所述控制柜17内设置有第一无线模块1702以及第一控制器1701，所述第一无线模块1702电性连接至第一控制器1701，且第一无线模块1702与第二无线模块30电连接；所述第一控制器1701还与检测仪6、转动电机1502、搅拌电机25、加热盘27以及温度传感器28电性连接，为整体提供了智能控制，其中第一控制器1701和第二控制器3601均可采用单片机控制器，为整体提供控制。

作为本申请的另一个方面，提供了一种高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验方法，所述测试实验方法包括如下步骤：

步骤一、油基钻井液的装入，打开进出液阀3、通气阀门4，通过进出液阀3通入油基钻井液，使得罐体1位于通气阀门4下部位置处充满油基钻井液，进行通入油基钻井液时，通过观察窗5进行观察，判断液位高度，然后关闭进出液阀3、通气阀门4；

步骤二、甲烷气体的装入，通过进气阀门7连接外部的供气设备，通过第一驱动电机15驱动第二圆柱齿轮16进行转动，通过第二圆柱齿轮16与第一圆柱齿轮12之间的啮合传动，可使转动螺母11进行自转，使得转动螺母11关于螺杆13进行拧动，配合导杆10与导孔9的导向，实现了活塞盘20的竖向驱动，使活塞盘20上行，移动到罐体1中的高位处，活塞盘20上行时，为活塞盘20底部罐体1空间提供了抽吸，通过供气设备向罐体1中装入甲烷，然后关闭进气阀门7；

步骤三、加热以及加压，通过加热盘27进行加热，使得罐体1内部温度上升，使其形成高温环境，通过温度传感器28进行传感，进行内部温度的反馈，为控制柜17提供反馈信号，从而进行温度的控制，通过驱动，使活塞盘20进行下行，通过活塞盘20进行下压，实现增压，使得甲烷气压增加，形成高压，从而使得内部形成高温高压的环境，其气压通过第一压力传感器29进行传感，传递到第二控制器3601中，通过第二控制器3601进行处理，通过第二无线模块30进行信号传输，以无线信号的形式传递到控制柜17中，通过第一无线模块1702接收，传递到第一控制器1701中，通过第一控制器1701进行第一驱动电机15的控制，实现压力大小的调节，从而控制内部环境的高压、高温大小；

步骤四、辅助溶解，其在特定的高压、高温环境下，通过第二气泵34进行抽吸活塞盘20底部的甲烷气体，使得甲烷气体通过软管35进入到空腔801中，为竖管23顶部提供甲烷气体，气体通过竖管23输送，通过竖管23底部的细孔24排出，使得气体通入到油基钻井液中，通过多个均匀分布的竖管23，使得通入的气体进行分散，分散到油基钻井液中不同的位置；

步骤五、转动混合，通过搅拌电机25驱动，使得搅拌叶片26进行转动，通过搅拌叶片26进行内部油基钻井液的搅拌，便于通入气体的混合，进一步通过第二驱动电机42提供驱动，使第三圆柱齿轮44进行转动，通过第三圆柱齿轮44与齿轮环19之间的啮合传动，使得圆盘盖8进行自转，圆盘盖8下方的结构也会随之一起进行自转，包括活塞盘20，在进行转动时，第二气泵34进行持续通气，从而使得竖管23进行圆周运动时，进行持续的出气，可进一步提高通入气体分散到油基钻井液的效果，便于溶解；

步骤六、测定，在进行溶解后，通过检测仪6进行油基钻井液中甲烷的测量，完成实验。

本申请提出的高温高压条件下甲烷在油基钻井液中的溶解度测试实验装置及方法可提供不同的高温高压环境，通过检测仪6进行溶解度的检测，与传统技术相比较，其便于甲烷气体扩散、均匀的混合到油基钻井液中，具体通过底部设置的搅拌电机25带动搅拌叶片26进行转动，可进行油基钻井液内部的混合搅拌，进一步其通过第二气泵34进行输送甲烷气体，通过多个均匀分布的竖管23进行扩散，通过细孔24进行排出的油基钻井液中，通过其多个均匀的分布，便于扩散到油基钻井液中；又进一步在进行向油基钻井液中通入甲烷时，可驱动圆盘盖8进行转动，圆盘盖8下部的结构也会随之一起进行转动，从而使得多个竖管23一起进行圆周运动，从而使得竖管23为油基钻井液中均匀提供甲烷气体；通过上述，极大的提高了甲烷气体在油基钻井液中的溶解速度，便于提高整体的实验速度，节约了实验时间，整体使用效果较好。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。