一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法制造方法及图纸

一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，包括模拟井筒，岩屑送料罐，钻井液搅拌槽；模拟井筒包括垂直段、造斜段和水平段，垂直段与水平段经所述造斜段连接；钻杆穿过出液装置设置在模拟井筒中，钻杆在垂直段中的部分与钻杆在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮连接；水平段一端分别设置有转动轴和进液装置；进液装置连通模拟井筒内部，并通过进液管线与钻井液搅拌槽相连，钻井液搅拌槽与进液装置和模拟井筒经进液管线连接；钻井液搅拌槽经回液管线与出液装置连；模拟井筒可任意调整斜度，根据实验需求准确模拟水平井状态，使得实验用钻杆在模拟井筒中的结构分布与实际井下施工中的钻杆结构分布近似，获得准确的岩屑床评价结果。

【技术实现步骤摘要】
一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法
本专利技术属于石油钻井实验模拟
，特别是一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法。
技术介绍
近年来，随着石油勘探开发技术与钻井技术得到飞速发展，钻井深度越来越深，另一方面，为提高经济技术效益，所钻油气井越来越多为大斜度、大位移定向井和水平井，可覆盖多个油气藏，实现一井多采。而对于水平井，面临的重大技术难点之一就是岩屑携带困难，易堆积形成岩屑床，大幅降低钻井效率，因此有必要水平井钻井过程中的岩屑床特性和岩屑床的形成原因等方面的问题进行评价研究。中国专利CN109209337A公开了一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置及实验方法，该装置使用水平设置的模拟井筒模拟水平井，与泥浆槽和液体管路形成钻井液循环，在水平井外部设置驱动机构及旋转机构驱动水平钻杆在模拟井筒中运动，并使用液压泵调节模拟井筒的斜度，以起到测定钻杆与岩石、泥饼以及岩屑床之间的钻井液润滑系数的作用。然而，上述专利中涉及装置主要用于对钻井过程中形成的岩屑床对钻杆作业的影响这一问题的研究，未对岩屑床的成因进行探究。因此，需要一种能够尽可能贴合实际情况下的大位移钻井中岩屑床产出过程的实验装置，对水平井钻井中岩屑床形成原因进行分析和研究。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法，在综合考虑钻杆旋转速度、摸拟井筒井斜角度、钻井液排量、岩屑颗粒大小和形状、岩屑颗粒单位时间进入量等相关因素的情况下，可有效模拟实际水平井钻井施工状态下的岩屑床形成，实现对水平井中岩屑床形成原因的研究。本专利技术采用的技术方案是：一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，包括旋转驱动机构，模拟井筒，高压泵A，岩屑送料罐，钻井液搅拌槽，计算显示单元；所述模拟井筒包括垂直段、造斜段和水平段，所述垂直段竖直设置，所述水平段水平设置，垂直段与水平段经所述造斜段连接；所述垂直段顶部设置有出液装置，所述出液装置与模拟井筒内部连通，垂直段上方设置有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构下方连接有钻杆，所述钻杆穿过出液装置设置在模拟井筒中，钻杆在垂直段中的部分与钻杆在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮连接，模拟井筒外部的钻杆上设有扭矩传感器；所述造斜段由耐高温高压橡胶管组成，所述耐高温高压橡胶管通过密封橡胶环分别与垂直段和水平段密封连接；所述水平段的井筒外壁上设置有可移动式超声波探头，水平段一端分别设置有转动轴和进液装置；所述模拟井筒上方设置有活动吊轨，活动吊轨上竖直吊设有液压缸，所述液压缸的柱塞与所述转动轴铰接，液压缸与外部液压泵管路连接；所述进液装置连通模拟井筒内部，并通过进液管线与所述钻井液搅拌槽相连，所述岩屑送料罐与所述高压泵A依次设置在由钻井液搅拌槽至进液装置的进液管线上；所述钻井液搅拌槽经回液管线与出液装置连通，所述回液管线上分别设置有输送泵A和降温降压装置。所述计算显示单元设置在模拟井筒外部，并与所述扭矩传感器和所述可移动式超声波探头分别电连接。进一步的，模拟井筒垂直段和水平段由耐温耐压透明材料制成。进一步的，所述降温降压装置包括截止阀，节流阀，电动减压阀，止回阀，降温罐，降温管，安全阀，压力表，温度计，压差变送器B，降温液体冷却罐，高压泵B，输送泵B，控制器，所述截止阀、节流阀、电动减压阀、止回阀、降温罐、安全阀、压力表、温度计分别设置在回液管线上，所述降温罐内部设置有连接在回液管线上的降温管，所述高压泵B、降温液体冷却罐、输送泵B分别设置在冷却循环管线上，所述冷却循环管线与降温罐内部容纳降温管的腔体连通，所述压差变送器B的测量点分别设置在截止阀之前和温度计之后的回液管线上，所述控制器分别与电动减压阀和压差变送器B电连接。进一步的，所述模拟井筒的水平段一端设置有加热机构，所述加热机构包括电加热套，温度传感器，控温仪，所述电加热套紧贴水平段外壁，电加热套分别与所述温度传感器和所述控温仪电连接，温度传感器和温控仪分别与计算显示单元电连接。进一步的，回液管线与进液管线上分别设置有流量计；进液管线上还设置有压力传感器；所述流量计和所述压力传感器分别与计算显示单元电连接。进一步的，钻井液搅拌槽与回液管线的连接处设置有岩屑回收筛。进一步的，模拟井筒外部设置有压差变送器A，所述压差变送器A的探头分别穿过水平段和垂直段的井筒外壁伸入模拟井筒内部，且压差变送器A与计算显示单元电连接。进一步的，所述出液装置底面上设置有流通孔，所述流通孔沿底面边缘环状分布，出液装置侧面上设有回液管线，顶面与钻杆接触处设置有密封垫圈；所述进液装置底面上设置有流通孔，所述流通孔沿底面边缘环状分布，进液装置顶面与进液管线接触处设置有密封垫圈。进一步的，模拟井筒的水平段可无级变换斜度，变换角度为0°～90°。与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：1、模拟井筒的造斜段为耐温耐压橡胶管，使得水平段可在液压缸和造斜段的共同作用下任意调整斜度，从而根据实验需求准确模拟水平井状态，并使得实验用钻杆在模拟井筒中的结构分布可与实际井下施工中的钻杆结构分布保持高度近似，进而在此装置的条件下获得准确的岩屑床成因的评价结果。2、在模拟井筒两端设有分别进出液口，钻井液经过进液以环形流入的方式进入模拟井筒，更符合实际工况中钻井液在井筒中环形空间的流动；钻井液顺序通过模拟井筒水平段、造斜段、垂直段，最后在垂直段末端的环形进出液口以环形流出的方式进入回液管线，更符合水平井钻井过程中的钻井液动态循环。3、通过控制岩屑送料口的阀门大小，可控制岩屑单位时间进入模拟井筒的量，达到定量控制井筒中钻井液可携带的岩屑量的目的，从而能够更好地模拟实际工况中，钻头旋转钻进时所产生不同岩屑量的情况。4、可移动式超声波探头对不同位置岩屑床厚度进行测量，对岩屑床的形成能够进行更深入有效的探究。5、在钻井液环流与钻杆的共同作用下，本实验还能模拟岩屑床形成后岩屑颗粒的运移动过程，从而可了解形成岩屑床后岩屑颗粒运动形态。6、该装置建立了钻杆钻速、钻井液排量、岩屑颗粒和单位量-岩屑床-形成因素的评价方法，利用现场施工中最易获取的钻杆旋转速度、钻井液配方、钻井液排量和井斜角度作为评价岩屑床形成的主要指标，根据钻杆速度、钻井液排量、岩屑粒径和单位时间进入量的变化情况可以反映出岩屑床的形成与它们之间的关系。附图说明图1是本专利技术装置连接结构示意图；图2是本专利技术中降温降压装置连接结构示意图；图3是本专利技术中出液装置结构示意图；图4是本专利技术中进液装置结构示意图；图中1旋转驱动机构，2扭矩传感器，3钻杆，4出液装置，5密封橡胶环，6耐高温高压橡胶管，7伞形齿轮，8进液装置，9模拟井筒，10转动轴，11电加热套，12温度传感器，13控温仪，14液压缸，15进液管线，16压力传感器，17流量计，18高压泵A，19岩屑送料罐，20钻井液搅拌槽，21岩屑回收筛，22输送泵A，23回液管线，24可移动式超声波探头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，其特征在于，包括旋转驱动机构(1)，模拟井筒(9)，高压泵A(18)，岩屑送料罐(19)，钻井液搅拌槽(20)，计算显示单元(27)；/n所述模拟井筒(9)包括垂直段、造斜段和水平段，所述垂直段竖直设置，所述水平段水平设置，垂直段与水平段经所述造斜段连接；/n所述垂直段顶部设置有出液装置(4)，所述出液装置(4)与模拟井筒(9)内部连通，垂直段上方设置有旋转驱动机构(1)，所述旋转驱动机构(1)下方连接有钻杆(3)，所述钻杆(3)穿过出液装置(4)设置在模拟井筒(9)中，钻杆(3)在垂直段中的部分与钻杆(3)在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮(7)连接，模拟井筒(9)外部的钻杆(3)上设有扭矩传感器(2)；/n所述造斜段由耐高温高压橡胶管(6)组成，所述耐高温高压橡胶管(6)通过密封橡胶环(5)分别与垂直段和水平段密封连接；/n所述水平段的井筒外壁上设置有可移动式超声波探头(24)，水平段一端分别设置有转动轴(10)和进液装置(8)；/n所述模拟井筒(9)上方设置有活动吊轨，活动吊轨上竖直吊设有液压缸(14)，所述液压缸(14)的柱塞与所述转动轴(10)铰接，液压缸(14)与外部液压泵管路连接；/n所述进液装置(8)连通模拟井筒(9)内部，并通过进液管线(15)与所述钻井液搅拌槽(20)相连，所述岩屑送料罐(19)与所述高压泵A(18)依次设置在由钻井液搅拌槽(20)至进液装置(8)的进液管线(15)上；/n所述钻井液搅拌槽(20)经回液管线(23)与出液装置(4)连通，所述回液管线(23)上分别设置有输送泵A(22)和降温降压装置(26)。/n所述计算显示单元(27)设置在模拟井筒(9)外部，并与所述扭矩传感器(2)和所述可移动式超声波探头(24)分别电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，其特征在于，包括旋转驱动机构(1)，模拟井筒(9)，高压泵A(18)，岩屑送料罐(19)，钻井液搅拌槽(20)，计算显示单元(27)；
所述模拟井筒(9)包括垂直段、造斜段和水平段，所述垂直段竖直设置，所述水平段水平设置，垂直段与水平段经所述造斜段连接；
所述垂直段顶部设置有出液装置(4)，所述出液装置(4)与模拟井筒(9)内部连通，垂直段上方设置有旋转驱动机构(1)，所述旋转驱动机构(1)下方连接有钻杆(3)，所述钻杆(3)穿过出液装置(4)设置在模拟井筒(9)中，钻杆(3)在垂直段中的部分与钻杆(3)在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮(7)连接，模拟井筒(9)外部的钻杆(3)上设有扭矩传感器(2)；
所述造斜段由耐高温高压橡胶管(6)组成，所述耐高温高压橡胶管(6)通过密封橡胶环(5)分别与垂直段和水平段密封连接；
所述水平段的井筒外壁上设置有可移动式超声波探头(24)，水平段一端分别设置有转动轴(10)和进液装置(8)；
所述模拟井筒(9)上方设置有活动吊轨，活动吊轨上竖直吊设有液压缸(14)，所述液压缸(14)的柱塞与所述转动轴(10)铰接，液压缸(14)与外部液压泵管路连接；
所述进液装置(8)连通模拟井筒(9)内部，并通过进液管线(15)与所述钻井液搅拌槽(20)相连，所述岩屑送料罐(19)与所述高压泵A(18)依次设置在由钻井液搅拌槽(20)至进液装置(8)的进液管线(15)上；
所述钻井液搅拌槽(20)经回液管线(23)与出液装置(4)连通，所述回液管线(23)上分别设置有输送泵A(22)和降温降压装置(26)。
所述计算显示单元(27)设置在模拟井筒(9)外部，并与所述扭矩传感器(2)和所述可移动式超声波探头(24)分别电连接。


2.根据权利要求1所述的一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，其特征在于：所述模拟井筒(9)垂直段和水平段由耐温耐压透明材料制成。


3.根据权利要求1所述的一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，其特征在于：所述降温降压装置(26)包括截止阀(2601)，节流阀(2602)，电动减压阀(2603)，止回阀(2604)，降温罐(2605)，降温管(2606)，安全阀(2607)，压力表(2608)，温度计(2609)，压差变送器B(2610)，降温液体冷却罐(2611)，高压泵B(2612)，输送泵B(2613)，控制器(2614)，所述截止阀(2601)、节流阀(2602)、电动减压阀(2603)、止回阀(2604)、降温罐(2605)、安全阀(2607)、压力表(2608)、温度计(2609)分别设置在回液管线(23)上，所述降温罐(2605)内部设置有连接在回液管线(23)上的降温管(2606)，所述高压泵B(2612)、降温液体冷却罐(2611)、输送泵B(2613)分别设置在冷却循环管线上，所述冷却循环管线与降温罐(2605)内部容纳降温管(2606)的腔体连通，所述压差变送器B(2610)的测量点分别设置在截止阀(2601)之前和温度计(2609)之后的回液管线(23)上，所述控制器(2614)分别与电动减压阀(2603)和压差变送器B(2610)电连接。


4.根据权利要求1所述的一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，其特征在于：所述模拟井筒(9)的水平段一端设置有加热机构，所述加热机构包括电加热套(11)，温度传感器(12)，控温仪(13)，所述电加热套(11)紧贴水平段外壁，电加热套(11)分别与所述温度传感器(12)和所述控温仪(13)电连接，温度传感器(12)和温控仪(13)分别与计算显示单元(27)电连接。


5.根据权利要求1所述的一种探...

【专利技术属性】
技术研发人员：余家同，黄进军，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51