深水膨胀式导管建井模拟实验装置以及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种深水膨胀式导管建井模拟实验装置以及测试方法，涉及深水油气钻井技术领域，包括：釜体，具有中空腔室，中空腔室用于填充土层以及预定密度的盐水；钻井模块组件，包括钻杆、设置在钻杆的一端的钻头、以及设置在釜体内的膨胀式导管；注水管路，注水管路与钻杆可控地相连通；压力传感模块，设置在膨胀式导管上，用于获取膨胀式导管上的压力信号；实验架，实验架上设有拉力机构，拉力机构与钻井模块组件相连接，拉力机构与钻井模块组件之间设有拉力测量计。本发明专利技术能够用于研究不同的膨胀式导管与深海土层之间的承载力规律，以揭示利用膨胀式导管进行深水表层建井时的优势和相关工艺参数的变化规律。势和相关工艺参数的变化规律。势和相关工艺参数的变化规律。

【技术实现步骤摘要】
深水膨胀式导管建井模拟实验装置以及测试方法


[0001]本专利技术涉及深水油气钻井
，特别涉及一种深水膨胀式导管建井模拟实验装置以及测试方法。

技术介绍

[0002]目前海洋石油的勘探与开发作业也逐渐由浅海近海区域转向深海远海区域，以增加海洋油气的勘探开发区域面积，寻求更多的油气发现。全球油气重大发现主要集中在深水领域，水下井口是整个深水钻井作业的关键水下装置，水下井口的稳定性直接影响着钻井作业安全，而膨胀式导管又是深水钻井水下井口的主要持力结构。
[0003]深水表层建井主要采用喷射下导管建井，作业方式单一，并且对地质环境的要求高。而深水表层具有地质风险高、浅层土质疏松、浅层异常地质现象(浅部断层、浅层气、浅层流、天然气水合物等)等特点，使得常规的导管喷射建井工艺应对浅层地质风险能力低。采用喷射下导管建井，是由水力喷射作用使海底土体形成一条通道下入导管。在下入过程中，导管在其自重的作用下随钻头钻出的井眼下沉并挤压周围地层直至设计深度。当下入至设计深度后，经过一定的“等待时间”，导管与地层粘土之间建立了胶结应力，并随时间增长而加固，从而确保导管被“悬住”而不下沉。
[0004]为了使得膨胀式导管能够被“悬住”而不下沉，需要保证膨胀式导管在海底土泥中具有足够的承载力。但是，海底深水的高压环境、深水开发作业过程中的高低温环境、海底土质参数等环境因素会影响到膨胀式导管在海底土层中的承载力。此外，膨胀式导管的形状、尺寸等自身因素也与其在海底土层中的承载力相关。因此，有必要对深水导管建井的承载力进行测试，从而为深水导管建井过程的影响因素进行有效评估。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术实施例所要解决的技术问题是提供了一种深水膨胀式导管建井模拟实验装置以及测试方法，用于测试表面导管在深水建井时的承载力大小、以揭示利用表面导管进行深水建井时相关工艺参数的影响规律。
[0006]本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现，本专利技术提供了一种深水膨胀式导管建井模拟实验装置，包括：
[0007]釜体，具有中空腔室，所述中空腔室用于填充土层以及预定密度的盐水；
[0008]钻井模块组件，包括钻杆、设置在所述钻杆的一端的钻头、以及设置在所述釜体内的膨胀式导管，所述膨胀式导管具有用于插设在所述土层中的敞口、以及用于设置在所述盐水中的井口，所述钻杆的一端通过所述井口插装在所述膨胀式导管中，所述钻杆的另一端从所述釜体穿设而出，所述钻杆与所述井口之间密封设置；
[0009]注水管路，所述注水管路与所述钻杆可控地相连通；
[0010]压力传感模块，设置在所述膨胀式导管上，用于获取所述膨胀式导管上的压力信号；
[0011]实验架，所述实验架上设有拉力机构，所述拉力机构与所述钻井模块组件相连接，所述拉力机构与所述钻井模块组件之间设有拉力测量计。
[0012]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述膨胀式导管上设有膨胀结构，所述膨胀结构包括沿所述膨胀式导管的轴向设置的至少一个膨胀节，所述膨胀节通过膨胀材料成型。
[0013]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述压力传感模块包括多个第一压力传感器，沿所述膨胀式导管的轴向，各所述第一压力传感器间隔设置在所述膨胀式导管的外表面和/或所述膨胀节的外表面。
[0014]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述压力传感模块包括多个第二压力传感器，沿所述膨胀式导管的轴向，所述膨胀节的底端设有所述第二压力传感器。
[0015]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述深水膨胀式导管建井模拟实验装置还包括贮水池，所述贮水池通过所述注水管路与所述钻杆相连通，所述注水管路上设有压力泵和流量控制阀。
[0016]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述拉力机构包括设置在所述实验架上的绞盘机构、以及与所述绞盘机构相接的第一拉索和第二拉索，所述第一拉索沿重力方向与所述钻井模块组件相接，所述第二拉索沿水平方向所述钻井模块组件相接，所述第一拉索和所述第二拉索上均设有所述拉力测量计。
[0017]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述实验架上设有导向滑轨和滑轮机构，所述导向滑轨沿水平方向设置并位于所述钻井模块组件的上方，所述滑轮机构可滑动地设置在所述导向滑轨上，所述第一拉索的一端通过所述滑轮机构与所述钻井模块组件相接。
[0018]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述深水膨胀式导管建井模拟实验装置还包括处理模块，所述处理模块包括电脑，所述电脑与所述压力传感模块和所述拉力测量计电连接。
[0019]本专利技术还提供了一种应用深水膨胀式导管建井模拟实验装置的测试方法，包括如下步骤：
[0020]安装并检查所述深水膨胀式导管建井模拟实验装置；
[0021]在釜体内设置目标土层和预设密度的盐水；
[0022]开启注水管路，通过钻头产生喷射水流，将所述膨胀式导管下入至所述目标土层的设定深度L；
[0023]待所述膨胀式导管静置目标时间后，通过拉力机构对钻井模块组件施加第一方向拉力，其中，所述第一方向至少包括重力方向和水平方向；
[0024]当所述膨胀式导管被拉起时，记录所述拉力测量计的最大拉力读数和/或所述钻井模块组件被拉起后的自重；
[0025]基于所述最大拉力读数和所述钻井模块组件的自重，计算所述膨胀式导管的最大承载力Q和/或水平抗拉性能。
[0026]在本专利技术的一较佳实施方式中，当所述第一方向为重力方向时，所述膨胀式导管的最大承载力Q的计算公式为：
[0027]Q＝Q1+Q2+Q3[0028]Q1＝(1
‑
c)πD1Ls1(t)
[0029]Q2＝cπD2Ls2(t)
[0030][0031]式中：c为膨胀材料所占所述膨胀式导管的面积比例，D1为所述膨胀式导管的直径，D2为所述膨胀材料处于膨胀后的直径，Q1为所述膨胀式导管的外表面与所述目标土层之间的摩擦力，Q2为所述膨胀材料的外表面与所述目标土层之间的摩擦力，Q3为所述膨胀式导管受到的竖向支撑力；
[0032]或当所述第一方向为水平方向时，所述膨胀式导管的水平抗拉性能为所述膨胀式导管被拉起时的所述拉力测量计的最大拉力读数。
[0033]本专利技术的技术方案具有以下显著有益效果：
[0034]本专利技术所述深水膨胀式导管建井模拟实验装置使用时，通过在釜体内预设土层和盐水，能够用于模拟深海土层。并且釜体具有密封性，还能够对釜体加压，进而模拟深海高压环境。或者对釜体进行升温或降温，从而模拟深海温度环境。通过使用釜体模拟深海环境，具有更好地调节灵活性、便于模拟出不同的深海环境特征。通过注水管路与钻头相配合能够产生喷射水流钻进土层，从而将膨胀式导管下入到土层中的目标深度。待膨胀式导管与土层充分接触后，利用拉力机构能够对钻井模块组件施加第一方向拉力，从而获取膨胀式导管被拉起时的最大拉力，进而计算出膨胀式导管的竖向最大承载力和水平最大承载力。
[0035]进一步地，当膨胀式导管上设有膨胀结构时，则膨胀结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，包括：釜体，具有中空腔室，所述中空腔室用于填充土层以及预定密度的盐水；钻井模块组件，包括钻杆、设置在所述钻杆的一端的钻头、以及设置在所述釜体内的膨胀式导管，所述膨胀式导管具有用于插设在所述土层中的敞口、以及用于设置在所述盐水中的井口，所述钻杆的一端通过所述井口插装在所述膨胀式导管中，所述钻杆的另一端从所述釜体穿设而出，所述钻杆与所述井口之间密封设置；注水管路，所述注水管路与所述钻杆可控地相连通；压力传感模块，设置在所述膨胀式导管上，用于获取所述膨胀式导管上的压力信号；实验架，所述实验架上设有拉力机构，所述拉力机构与所述钻井模块组件相连接，所述拉力机构与所述钻井模块组件之间设有拉力测量计。2.如权利要求1所述的深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，所述膨胀式导管上设有膨胀结构，所述膨胀结构包括沿所述膨胀式导管的轴向设置的至少一个膨胀节，所述膨胀节通过膨胀材料成型。3.如权利要求2所述的深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，所述压力传感模块包括多个第一压力传感器，沿所述膨胀式导管的轴向，各所述第一压力传感器间隔设置在所述膨胀式导管的外表面和/或所述膨胀节的外表面。4.如权利要求2或3所述的深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，所述压力传感模块包括多个第二压力传感器，沿所述膨胀式导管的轴向，所述膨胀节的底端设有所述第二压力传感器。5.如权利要求1所述的深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，所述深水膨胀式导管建井模拟实验装置还包括贮水池，所述贮水池通过所述注水管路与所述钻杆相连通，所述注水管路上设有压力泵和流量控制阀。6.如权利要求1所述的深水膨胀式导管建井模拟实验装置，其特征在于，所述拉力机构包括设置在所述实验架上的绞盘机构、以及与所述绞盘机构相接的第一拉索和第二拉索，所述第一拉索沿重力方向与所述钻井模块组件相接，所述第二拉索沿水平方向所述钻井模块组件相接，所述第一拉索和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，陈浩东，吴艳辉，杨宇鹏，张明贺，徐一龙，万宏宇，殷启帅，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：