一套鉆井工況模擬系統(tǒng)及其工作流程的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一套鉆井工況模擬系統(tǒng)及其工作流程，屬于工程試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于對(duì)石油鉆井過程中不同井深條件下的井下工況環(huán)境模擬和對(duì)井漏井涌過程的模擬演示試驗(yàn)研究。該鉆井工況模擬系統(tǒng)主要能夠模擬的井下工況環(huán)境包括：鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程，在模擬過程中通過對(duì)泥漿溫度、流量和鉆桿旋轉(zhuǎn)速度的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同井深、不同泥漿循環(huán)情況以及鉆機(jī)在不同鉆進(jìn)速度下的多種井下工況環(huán)境進(jìn)行相關(guān)模擬試驗(yàn)。該模擬系統(tǒng)具有操作便捷和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，能夠有效對(duì)多種井下工況環(huán)境進(jìn)行模擬研究。
【專利說明】一套鉆井工況模擬系統(tǒng)及其工作流程
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井勘探開發(fā)領(lǐng)域，一套針對(duì)不同鉆井工況環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)模擬研究的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具體適用于不同井深條件下鉆柱的正常旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程和井漏井涌過程的模擬試驗(yàn)及其系統(tǒng)工作流程。
【背景技術(shù)】
[0002]在進(jìn)入21世紀(jì)以來，從石油天然氣鉆井開發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，采用旋轉(zhuǎn)鉆井仍將是今后油田勘探開發(fā)過程中最主要的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)可被細(xì)分為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井、井下動(dòng)力鉆井和兩者兼顧的復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井等三種主要的鉆井方式。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)是使整個(gè)鉆柱系統(tǒng)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；井下動(dòng)力鉆井是井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤及整個(gè)鉆柱處于不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井則是在使用井下動(dòng)力鉆具的同時(shí)又開動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)盤鉆井技術(shù)是從頓鉆鉆井演變而來，與頓鉆技術(shù)相比較優(yōu)勢明顯，所以在現(xiàn)代油田開發(fā)過程中應(yīng)用最為廣泛。轉(zhuǎn)盤鉆井設(shè)備主要由鉆機(jī)、井架和一套提升系統(tǒng)組成，通過提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下鉆具的提起和下放，并通過轉(zhuǎn)盤完成旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鉆柱底端的鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆頭在鉆柱懸重的作用下破碎巖石，破碎的巖屑再被泥漿泵泵入井內(nèi)的泥漿循環(huán)并被帶到地面，鉆頭磨損后就將鉆具起出換上新鉆頭，再下鉆鉆進(jìn)，通過如此循環(huán)使井被不斷加深直到鉆至預(yù)計(jì)井深，以上是轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的整個(gè)工作流程。
[0003]在鉆井過程中，鉆井泥漿循環(huán)過程是通過泥漿將被鉆頭破碎的巖屑帶至地面進(jìn)行處理，一般在鉆井現(xiàn)場的泥漿泵艙內(nèi)會(huì)布置有3臺(tái)泥漿泵，先用灌注泵從泥漿艙中抽吸經(jīng)過凈化的泥漿，經(jīng)泥漿泵加壓后排出，再通過泵艙閥門組的分配，經(jīng)高壓管線(雙聯(lián))到達(dá)鉆臺(tái)立管閥門組，通過安裝在井架上的雙立根、水龍帶、頂部驅(qū)動(dòng)裝置(或水龍頭)、鉆桿內(nèi)腔到達(dá)井下的鉆頭，高壓泥漿對(duì)井底進(jìn)行噴沖并攜帶固相顆粒經(jīng)過鉆桿和套管之間的環(huán)形空間返回井口，帶有固相顆粒的泥漿由井口轉(zhuǎn)盤下部喇叭口下返出，并通過安裝在鉆臺(tái)底座下部的泥漿管線到達(dá)橫向泥漿槽，又經(jīng)過縱向泥漿槽到達(dá)振動(dòng)篩進(jìn)行一級(jí)處理后進(jìn)罐，經(jīng)過除砂、除泥、除氣、離心處理后，通過固控模塊排液管匯進(jìn)入泥漿艙，再經(jīng)過泥漿泵的上水管線進(jìn)入泵內(nèi)，如此循環(huán)完成整個(gè)鉆井作業(yè)泥漿循環(huán)過程。
[0004]而在鉆井工程中，井漏、井涌工況是井下復(fù)雜情況的兩種常見形式。這一過程中，井筒內(nèi)鉆井液或其他介質(zhì)(固井水泥漿等)漏入地層孔隙、裂縫等空間的現(xiàn)象稱之為井漏，其是鉆井工程中常見的井內(nèi)復(fù)雜情況，多數(shù)鉆井過程都有不同程度的漏失，嚴(yán)重的井漏會(huì)導(dǎo)致井內(nèi)壓力下降，影響正常鉆井、引起井壁失穩(wěn)、誘發(fā)地層流體涌入井筒并引起井噴等事故的發(fā)生；井涌是井內(nèi)流體層壓力大于鉆井液或洗井液柱靜壓力時(shí)，含流體層中的流體或氣體將侵人井筒內(nèi)，積累至一定量后隨井筒內(nèi)液體循環(huán)至井口并形成沸騰狀，井涌往往也是井噴的先兆，是一種主要的油、氣、水顯示。井涌、井漏的發(fā)生會(huì)對(duì)正常鉆井過程帶來巨大影響，因而對(duì)井涌、井漏工況的模擬研究具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了對(duì)石油鉆井過程中不同井深處的工況進(jìn)行模擬研究，并對(duì)出現(xiàn)井漏、井涌等較危險(xiǎn)的情況進(jìn)行演示模擬，本發(fā)明提供一套用于對(duì)鉆井工況進(jìn)行試驗(yàn)研究的模擬系統(tǒng)及其工作流程，該模擬系統(tǒng)能對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程進(jìn)行有效模擬，同時(shí)也具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷等特點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明的鉆井工況模擬系統(tǒng)能夠模擬的過程包括鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程。所述對(duì)鉆頭正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的模擬過程中所涉及的設(shè)備和部件包括電機(jī)支撐架、電機(jī)、減速器、小齒輪、大齒輪、軸承安裝臺(tái)、螺栓、毛氈墊圈、軸承端蓋、密封圈、滾動(dòng)軸承和鉆桿。選用功率滿足一般鉆井過程中鉆桿轉(zhuǎn)速要求的電機(jī)，并選擇能和電機(jī)相匹配實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換的減速器，兩者組合提供鉆桿旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，使用螺栓將電機(jī)的底部安裝在電機(jī)支撐架上，減速器輸出軸的一端安裝有小齒輪，大齒輪被安裝在鉆桿上部合適位置處并能與小齒輪實(shí)現(xiàn)滿足嚙合要求的配合關(guān)系。電機(jī)支撐架被設(shè)置安裝在軸承安裝臺(tái)上，滾動(dòng)軸承被放置在軸承安裝臺(tái)預(yù)先設(shè)置的孔內(nèi)，將用于軸承端蓋和鉆桿的旋轉(zhuǎn)密封的毛氈墊圈先放置在軸承端蓋內(nèi)，并在端蓋與軸承安裝臺(tái)接觸處放置好密封圈，再用螺栓將軸承端蓋固定在軸承安裝臺(tái)上，然后將裝置放置在安裝底座中以保持穩(wěn)定，同時(shí)在安裝底座的底部開設(shè)有讓外接管線通過后進(jìn)入井壁的小孔。
[0008]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該工況模擬系統(tǒng)對(duì)鉆頭正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的模擬過程能夠在可調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速的條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同鉆進(jìn)速度條件下的鉆柱系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工況的模擬研究，以此拓展系統(tǒng)的使用范圍和功能。
[0009]本發(fā)明所述的鉆井泥漿循環(huán)模擬過程所涉及到的設(shè)備包括泥漿罐、泥漿泵A、平板閥A、管狀加熱器、分流閥、雙金屬溫度計(jì)A、溫度補(bǔ)償調(diào)速閥、流量計(jì)A、旋轉(zhuǎn)密封端、流量計(jì)B、冷卻器、雙金屬溫度計(jì)B、平板閥B和減速閥。在鉆桿正常旋轉(zhuǎn)的情況下，開啟平板閥A和平板閥B，關(guān)閉平板閥C和平板閥D，啟動(dòng)泥漿泵A將泥漿從泥漿罐中抽出后，經(jīng)過平板閥A后輸入到管狀加熱器進(jìn)行升溫加熱，加熱溫度根據(jù)地溫梯度范圍由要模擬的地層深度決定，加熱完畢后泥漿經(jīng)過分流閥流向鉆桿頂端一側(cè)所在的泥漿管線，從分流閥流出的泥漿要經(jīng)過溫度補(bǔ)償調(diào)速閥，從鉆桿頂端的旋轉(zhuǎn)密封端流入到鉆桿內(nèi)，并使用雙金屬溫度計(jì)A和流量計(jì)A測得進(jìn)入泥漿的溫度和流量值；完成鉆柱泥漿循環(huán)過程后，泥漿從井壁頂端的出口處流向出液泥漿管線，經(jīng)過冷卻器冷卻降溫和減速器降低流速后回流到泥漿罐中，流量計(jì)B和雙金屬溫度計(jì)B用來測量流出井筒的泥漿流量和溫度值；泥漿罐進(jìn)泥漿口處設(shè)置有擋液板，防止進(jìn)入的泥漿對(duì)罐體的沖擊腐蝕，同時(shí)泥漿罐頂端設(shè)置有接口法蘭，外部泥漿可通過該接口進(jìn)入罐體內(nèi)，泥漿罐底部設(shè)置有出液口，用于對(duì)罐內(nèi)泥漿進(jìn)行放空操作。
[0010]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該模擬系統(tǒng)能較真實(shí)的反應(yīng)不同鉆井工況條件下的泥漿循環(huán)過程，根據(jù)地溫梯度利用管狀加熱器和冷卻器的配合對(duì)循環(huán)泥漿進(jìn)行加熱和冷卻，使系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌疃蔚墓r進(jìn)行有效模擬研究，同時(shí)泥漿經(jīng)冷卻后再回流至泥漿罐中，能有效的使整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的泥漿溫度保持在一個(gè)可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。
[0011]本發(fā)明所述的井漏模擬過程所涉及到的設(shè)備包括單向閥、泥漿泵B、流量計(jì)C、平板閥F和平板閥D。單向閥用于單向控制漏失泥漿的流向，防止泥漿正常循環(huán)過程中出液管線的泥漿逆向進(jìn)入漏失管線，泥漿泵B用以提供井漏工況下的泥漿漏失動(dòng)力，并使漏失的泥漿通過單向閥后進(jìn)入冷卻器冷卻降溫，再將其導(dǎo)入到泥漿罐中，流量計(jì)C主要用于測量泥漿漏失量的大小。
[0012]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該模擬系統(tǒng)不僅可完成對(duì)井漏工況的的模擬研究，同時(shí)能測得泥漿漏失量，并將漏失的泥漿降溫后導(dǎo)入泥漿循環(huán)過程中，保證整個(gè)循環(huán)過程中泥漿循環(huán)量的穩(wěn)定供應(yīng)。
[0013]本發(fā)明所述的井涌模擬過程所涉及到的設(shè)備包括分流閥、平板閥C、平板閥D、平板閥E、流量計(jì)D和泥漿泵C。在模擬過程中打開平板閥D和平板閥C，關(guān)閉平板閥F，泥漿經(jīng)由分流閥分流后進(jìn)入平板閥C，再由泥漿泵C提供動(dòng)力流過平板閥E和流量計(jì)D后進(jìn)入鉆柱循環(huán)系統(tǒng)，流量計(jì)D可測量進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)循環(huán)的泥漿流量。
[0014]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該模擬系統(tǒng)能在對(duì)井涌工況模擬的基礎(chǔ)上測量得到泥漿涌入量，為工況模擬分析過程提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)泥漿經(jīng)由管式加熱器升溫后進(jìn)入井涌管線，能在不同井深工況下使用泥漿進(jìn)行模擬研究。
[0015]本發(fā)明所述的對(duì)安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程所涉及到的主要設(shè)備包括鉆桿、井下工具和井壁。所涉及的井下工具安裝在鉆柱系統(tǒng)中，泥漿在鉆柱系統(tǒng)和井壁之間進(jìn)行循環(huán)，在對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模擬和鉆井泥漿循環(huán)過程的基礎(chǔ)上，并能模擬鉆井過程中出現(xiàn)的井漏過程和井涌過程，使工具在不同工況和極限井下環(huán)境條件下進(jìn)行測試，得到更為全面和接近真實(shí)工況條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明的鉆井工況模擬系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N不同工況條件下鉆井過程進(jìn)行模擬，包括:鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程，并依據(jù)地溫梯度對(duì)不同井深條件下的泥漿溫度進(jìn)行調(diào)控，使系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)不同井深的分段模擬研究，同時(shí)使用溫度計(jì)和流量計(jì)得到泥漿循環(huán)過程中的溫度和流量，使用平板閥控制泥漿的流向。該模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程簡單易行，各模擬過程的可操作性強(qiáng)且具有實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和例子對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]圖1是鉆井工況模擬系統(tǒng)裝置連接和泥漿循環(huán)示意圖。
[0019]圖2是鉆井工況模擬系統(tǒng)的工作流程示意圖。
[0020]圖中標(biāo)記:1_泥漿罐接口法蘭、2-擋液板、3-泥漿罐、4-液位計(jì)、5-泥漿泵A、6_平板閥A、7-管狀加熱器、8-分流閥、9-雙金屬溫度計(jì)A、10-溫度補(bǔ)償調(diào)速閥、11-流量計(jì)A、12-電機(jī)支撐架、13-電機(jī)、14-減速器、15-小齒輪、16-旋轉(zhuǎn)密封端、17-大齒輪、18-軸承安裝臺(tái)、19-螺栓、20-毛氈墊圈、21-軸承端蓋、22-密封圈、23-滾動(dòng)軸承、24-流量計(jì)B、25-冷卻器、26-雙金屬溫度計(jì)B、27-平板閥B、28-減速閥、29-平板閥C、30-鉆桿、31-井下工具、32-井壁、33-安裝底座、34-單向閥、35-泥漿泵B、36-流量計(jì)C、37-平板閥F、38-平板閥D、39-平板閥E、40-流量計(jì)D、41-泥漿泵C、42-出液口。
【具體實(shí)施方式】[0021]本發(fā)明的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其例如圖1所示，它包括對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程的模擬實(shí)驗(yàn)研究，圖2是該模擬系統(tǒng)的工作流程示意圖。
[0022]對(duì)鉆頭正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程進(jìn)行模擬的子系統(tǒng)中，主要由電機(jī)支撐架(12)、電機(jī)(13)、減速器(14)、小齒輪(15)、大齒輪(17)、軸承安裝臺(tái)(18)、螺栓(19)、毛氈墊圈(20)、軸承端蓋(21)、密封圈(22)、滾動(dòng)軸承(23)和鉆桿(30)組成。選用功率滿足要求的電機(jī)
(13)和能與電機(jī)(13)相匹配實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換的減速器(14)，安裝好后兩者相組合提供鉆桿
(30)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，再將電機(jī)(13)底部使用螺栓安裝在電機(jī)支撐架(12)上，小齒輪(15)安裝在減速器(14)輸出軸的一端，大齒輪(17)安裝在鉆桿(30)上部合適位置處并能與小齒輪(15)按照一定傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)滿足嚙合要求的轉(zhuǎn)動(dòng)配合關(guān)系；電機(jī)支撐架(12)安裝在軸承安裝臺(tái)(18)上，滾動(dòng)軸承(23)放置在軸承安裝臺(tái)(18)安裝軸承規(guī)格預(yù)先設(shè)置好的孔內(nèi)，并將用于軸承端蓋(21)和鉆桿(30)旋轉(zhuǎn)密封的毛氈墊圈(20)先放置在軸承端蓋(21)內(nèi)，并在端蓋與軸承安裝臺(tái)(18)接觸處放置好密封圈(22)，再用螺栓(19)將軸承端蓋(21)固定在軸承安裝臺(tái)(18 )上，最后將裝置放置在安裝底座(33 )內(nèi)。安裝完成后啟動(dòng)電機(jī)(13 )，根據(jù)不同井下工況的要求調(diào)節(jié)減速器(14)的輸出轉(zhuǎn)速，通過兩齒輪的配合實(shí)現(xiàn)鉆桿(30)的鉆進(jìn)過程模擬。
[0023]鉆井泥漿循環(huán)模擬過程所涉及到的設(shè)備包括泥漿罐(3)、泥漿泵A (5)、平板閥A
(6)、管狀加熱器(7)、分流閥(8)、雙金屬溫度計(jì)A(9)、溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)、流量計(jì)A( 11)、旋轉(zhuǎn)密封端(16)、流量計(jì)B (24)、冷卻器(25)、雙金屬溫度計(jì)B (26)、平板閥B (27)和減速閥(28)。在鉆桿(30)正常旋轉(zhuǎn)的情況下，開啟平板閥A (6)和平板閥B (27)，關(guān)閉平板閥C (29)和平板閥D (38)，啟動(dòng)泥漿泵A (5)將泥漿從泥漿罐(3)中抽出，經(jīng)過平板閥A (6)后輸入到管狀加熱器(7)進(jìn)行升溫加熱，加熱溫度根據(jù)地溫梯度規(guī)定的溫度-地層深度數(shù)值范圍由要模擬的地層深度決定，完成后泥漿經(jīng)過分流閥(8)流向鉆桿頂端一側(cè)所在的泥漿管線，從分流閥流出的泥漿經(jīng)過溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)后，從鉆桿頂端的旋轉(zhuǎn)密封端(16)流入到鉆桿(30)內(nèi)，在這一過程中可通過雙金屬溫度計(jì)A (9)和流量計(jì)A (11)測得泥漿進(jìn)入時(shí)的溫度和流量值；完成鉆桿(30)與井壁(32)的循環(huán)過程后，泥漿從井壁(32)頂端的出口處流向出液泥漿管線，經(jīng)過冷卻器(25)冷卻降溫和減速器(28)降低流速后回流到泥漿罐(3)中，出液管線中安裝的流量計(jì)B (24)和雙金屬溫度計(jì)B (26)用來測量流出井筒的泥漿流量和溫度值；泥漿罐(3)進(jìn)泥漿口處設(shè)置的擋液板(2)能起到防止進(jìn)入的泥漿對(duì)罐體的沖擊腐蝕作用，同時(shí)外部泥漿可通過泥漿罐頂端設(shè)置的接口法蘭(I)進(jìn)入到罐體內(nèi)，罐內(nèi)泥漿可通過底部設(shè)置的出液口(42)流出泥漿罐(3)。
[0024]井漏模擬過程中所涉及到的設(shè)備包括單向閥(34)、泥漿泵B (35)、流量計(jì)C (36)、平板閥F (37)和平板閥D (38)。在鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和鉆井泥漿循環(huán)過程的基礎(chǔ)上，打開平板閥D (38)和平板閥F (37)，關(guān)閉平板閥E (39)后啟動(dòng)泥漿泵B (35)，由泥漿泵B (35)提供井漏工況下的泥漿漏失的動(dòng)力，并使漏失的泥漿通過單向閥(34)后進(jìn)入冷卻器冷卻降溫，再將其導(dǎo)入到泥漿罐(3)中，在這一模擬過程中單向閥(34)用于單向控制漏失泥漿的流向，防止出液管線的泥漿逆向進(jìn)入漏失管線，流量計(jì)C (36)主要用于測量泥漿漏失量的大小。
[0025]井涌模擬過程中所涉及到的設(shè)備包括分流閥(8)、平板閥C (29)、平板閥D (38)、平板閥E (39)、流量計(jì)D (40)和泥漿泵C (41)。在模擬系統(tǒng)中鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和鉆井泥漿循環(huán)過程的基礎(chǔ)上，打開平板閥D (38)和平板閥C (29)，關(guān)閉平板閥F (37)，啟動(dòng)泥漿泵C (41)，泥漿經(jīng)由分流閥(8)分流后進(jìn)入平板閥C (29)，再由泥漿泵C (41)提供動(dòng)力流過平板閥E (39)和流量計(jì)D (40)后進(jìn)入鉆柱循環(huán)系統(tǒng)，流量計(jì)D (40)用于測量流入鉆柱系統(tǒng)循環(huán)的泥漿涌入流量大小。
[0026]對(duì)安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程所涉及到的主要設(shè)備包括鉆桿(30)、井下工具(31)和井壁(32)。井下工具(31)安裝在鉆柱系統(tǒng)中，并使泥漿能在鉆柱系統(tǒng)和井壁(32)之間進(jìn)行循環(huán)，在鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模擬和鉆井泥漿循環(huán)過程的基礎(chǔ)上，通過上述操作步驟和工作流程，，使工具在井漏過程和井涌過程中進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)也保證在不同工況和極限井下環(huán)境條件下測試的進(jìn)行，得到更為全面和接近真實(shí)工況條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0027]本發(fā)明中所述的一套鉆井工況模擬系統(tǒng)的工作流程，其特征在于所述工作流程的實(shí)施步驟如下:
[0028]a.對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程進(jìn)行模擬，電機(jī)(13)和減速器(14)被安裝在電機(jī)支撐架(12)上，鉆桿(30)連同安裝在其上的滾動(dòng)軸承(23)被放置在軸承安裝臺(tái)(18)中，軸承端蓋(21)與鉆桿(30)相接觸處設(shè)置有毛氈墊圈(20)，用于鉆桿旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)泥漿的密封控制，同時(shí)在軸承安裝臺(tái)(18)和軸承端蓋(21)之間設(shè)置有密封圈(22)用于靜密封控制；在正常鉆井過程開始時(shí)，先啟動(dòng)電機(jī)(13)，通過減速器(14)帶動(dòng)小齒輪(15)轉(zhuǎn)動(dòng)，使小齒輪(15)的轉(zhuǎn)速可調(diào)并保持在一定范圍之內(nèi)，大齒輪(17)在小齒輪(15)的嚙合作用下帶到鉆桿(30)和井下工具(31)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程的模擬；
[0029]b.對(duì)鉆井泥漿循環(huán)過程進(jìn)行模擬，關(guān)閉平板閥C (29)和平板閥D (38)，打開平板閥A (6)，啟動(dòng)泥漿泵(5)將泥漿罐(3)中的鉆井泥漿抽出，讓抽出的泥漿在管狀加熱器(7)中進(jìn)行加熱升溫，按照鉆井過程中的地溫梯度約3°C /IOOm估算，通過要進(jìn)行模擬的井深數(shù)據(jù)來確定泥漿加熱的溫度，讓泥漿通過分流閥(8)流向溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)，使泥漿流速調(diào)節(jié)達(dá)到要求的數(shù)值后通過旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)，在這一過程中使用雙金屬溫度計(jì)A (9)和流量計(jì)A (11)測量流進(jìn)系統(tǒng)的泥漿溫度值和流量值；流進(jìn)鉆柱系統(tǒng)的泥漿通過鉆桿(30)和井下工具(31)后沿著井壁(32)流向出液管線，打開平板閥B (27)，使泥漿在冷卻器(25)中冷卻至常溫，再通過減速閥(28)降低流速后回流到泥漿罐(3)中，出液管線中安裝的流量計(jì)B (24)和雙金屬溫度計(jì)B (26)可測量流出系統(tǒng)的泥漿流量值和溫度值；
[0030]c.對(duì)井漏過程進(jìn)行模擬，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中，關(guān)閉平板閥E (39)，打開平板閥D (38)和平板閥F (37)，啟動(dòng)泥漿泵B (35)為泥漿漏失流動(dòng)提高動(dòng)力，通過對(duì)平板閥F
(37)開度的調(diào)節(jié)來控制井漏工況下漏失泥漿量的大小，并使用流量計(jì)C (36)獲得具體的漏失泥漿流量值，單向閥(34)用于防止正常循環(huán)轉(zhuǎn)進(jìn)過程中的泥漿逆流到漏失管線中，同時(shí)將通過漏失管線的泥漿導(dǎo)入到冷卻器(25)中進(jìn)行冷卻后再流回到泥漿罐(3)中；
[0031]d.對(duì)井涌過程進(jìn)行模擬，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中，關(guān)閉平板閥F (37)，打開平板閥D (38)、平板閥E (39)和平板閥C (29)，啟動(dòng)泥漿泵C (41)來為泥漿進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)提供動(dòng)力，同時(shí)通過調(diào)節(jié)平板閥C (29)的閥門開度來控制泥漿涌入量的大小，使用流量計(jì)D
(40)獲得具體的涌入泥漿流量值；
[0032]e.對(duì)安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程進(jìn)行模擬，將井下工具(31)裝入鉆桿(30)中，啟動(dòng)電機(jī)(13)，讓鉆柱系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按照上述流程a和流程b的操作步驟可實(shí)現(xiàn)對(duì)正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程和鉆井泥漿循環(huán)過程的模擬實(shí)驗(yàn)研究；配合流程c和流程d可完成對(duì)井下工具在不同井深工況下的井漏和井涌過程模擬研究，依據(jù)上述流程可為井下工具在近乎真實(shí)井下工況條件下的試驗(yàn)驗(yàn)證研究提供支撐；
[0033]f.試驗(yàn)完成后，關(guān)閉泥漿泵和電機(jī)，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的鉆井液從出液口(42)清理出鉆柱系統(tǒng)和液流管線，取出井下工具并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同井下工況條件下的試驗(yàn)研究結(jié)論。
【權(quán)利要求】
1.一套鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述鉆井工況模擬系統(tǒng)能夠模擬鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程，并能通過對(duì)泥漿溫度、流量以及鉆桿旋轉(zhuǎn)速度的控制來對(duì)多種井下工況條件進(jìn)行相關(guān)模擬試驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的鉆頭正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程模擬子系統(tǒng)中，主要由電機(jī)支撐架(12)、電機(jī)(13)、減速器(14)、小齒輪(15)、大齒輪(17)、軸承安裝臺(tái)(18)、螺栓(19)、毛氈墊圈(20)、軸承端蓋(21)、密封圈(22)、滾動(dòng)軸承(23)和鉆桿(30)組成；電機(jī)(13)和減速器(14)組合提供鉆桿(30)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力并安裝在電機(jī)支撐架(12)上，減速器(14) 一端安裝有小齒輪(15)，與小齒輪(15)相配合的大齒輪(17)安裝在鉆桿(30)合適位置處；滾動(dòng)軸承(23)和軸承端蓋(21)由螺栓(19)固定安裝在軸承安裝臺(tái)(18)上，毛氈墊圈(20)用于軸承端蓋(21)和鉆桿(30)的旋轉(zhuǎn)密封，密封圈(22)用于軸承端蓋(21)和軸承安裝臺(tái)(18)的靜密封。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的鉆井泥漿循環(huán)過程模擬子系統(tǒng)中，主要由泥漿罐(3)、泥漿泵A(5)、平板閥A(6)、管狀加熱器(7)、分流閥(8)、雙金屬溫度計(jì)A (9)、溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)、流量計(jì)A (11)、旋轉(zhuǎn)密封端(16)、流量計(jì)B (24)、冷卻器(25)、雙金屬溫度計(jì)B (26)、平板閥B (27)和減速閥(28)組成；泥漿泵A (5)將泥漿從泥漿罐(3)中抽出后輸送到管狀加熱器(7)進(jìn)行加熱升溫，加熱溫度由要進(jìn)行模擬的井況地層深度值決定，分流閥(8)將泥漿分為兩路:一路進(jìn)入正常泥漿循環(huán)管線，另一路進(jìn)入井涌過程模擬管線；雙金 屬溫度計(jì)A (9)和流量計(jì)A (11)分別對(duì)通過旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)的泥漿溫度和流量數(shù)值進(jìn)行測量，溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)主要對(duì)加熱后的泥漿進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)的流速大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；泥漿從鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)流出并進(jìn)入冷卻器(25)完成冷卻后回到泥漿罐(3)中，流量計(jì)B (24)和雙金屬溫度計(jì)B (26)用于測量流出泥漿的流量值和溫度值，減速閥(28 )主要用于降低流出泥漿的速度。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的井漏過程模擬子系統(tǒng)中，主要由單向閥(34)、泥漿泵B (35)、流量計(jì)C (36)、平板閥F (37)和平板閥D (38)組成；單向閥(34)用于單向控制泥漿的流向，由泥漿泵B (35)提供井漏工況下的泥漿漏失動(dòng)力并使漏失的泥漿通過單向閥(34)后進(jìn)入冷卻器(25)冷卻降溫，降溫過程完成后流入泥漿罐(3)中，流量計(jì)C (36)主要用于測量泥漿漏失量的大小。
5.如權(quán)利要求1或3所述的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的井涌過程模擬子系統(tǒng)中，主要由分流閥(8)、平板閥C (29)、平板閥D (38)、平板閥E (39)、流量計(jì)D (40)和泥漿泵C (41)組成；泥漿經(jīng)由分流閥(8)分流后進(jìn)入平板閥C (29)，再由泥漿泵C (41)提供動(dòng)力流過平板閥E (39)和流量計(jì)D (40)后進(jìn)行鉆柱系統(tǒng)的泥漿循環(huán)過程中，流量計(jì)D (40)用于測量井漏泥漿量的大小。
6.如權(quán)利要求1或3所述的鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的安裝有井下工具的鉆柱實(shí)驗(yàn)測試過程子系統(tǒng)中，主要由旋轉(zhuǎn)密封端(16)、鉆桿(30)、井下工具(31)和井壁(32)組成；井下工具(31)安裝在鉆桿(30)中，泥漿經(jīng)過鉆桿頂部的旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)中，并在鉆柱系統(tǒng)和井壁(32)之間進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，井下工具(31)在受到不同地層深度條件下的泥漿作用以及在發(fā)生井漏或井涌狀況時(shí)的井下工況條件下進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究。
7.根據(jù)權(quán)利要求1一6任一所述的一套鉆井工況模擬系統(tǒng)的工作流程，其特征在于所述工作流程的實(shí)施步驟如下: a.對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程進(jìn)行模擬，電機(jī)(13)和減速器(14)被安裝在電機(jī)支撐架(12 )上，鉆桿(30 )連同安裝在其上的滾動(dòng)軸承(23 )被放置在軸承安裝臺(tái)(18 )中，軸承端蓋(21)與鉆桿(30)相接觸處設(shè)置有毛氈墊圈(20)，用于鉆桿旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)泥漿的密封控制，同時(shí)在軸承安裝臺(tái)(18)和軸承端蓋(21)之間設(shè)置有密封圈(22)用于靜密封控制；在正常鉆井過程開始時(shí)，先啟動(dòng)電機(jī)(13)，通過減速器(14)帶動(dòng)小齒輪(15)轉(zhuǎn)動(dòng)，使小齒輪(15)的轉(zhuǎn)速可調(diào)并保持在一定范圍之內(nèi)，大齒輪(17)在小齒輪(15)的嚙合作用下帶到鉆桿(30)和井下工具(31)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程的模擬；b.對(duì)鉆井泥漿循環(huán)過程進(jìn)行模擬，關(guān)閉平板閥C(29)和平板閥D (38)，打開平板閥A(6)，啟動(dòng)泥漿泵(5)將泥漿罐(3)中的鉆井泥漿抽出，讓抽出的泥漿在管狀加熱器(7)中進(jìn)行加熱升溫，按照鉆井過程中的地溫梯度約3°C /IOOm估算，通過要進(jìn)行模擬的井深數(shù)據(jù)來確定泥漿加熱的溫度，讓泥漿通過分流閥(8)流向溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)，使泥漿流速調(diào)節(jié)達(dá)到要求的數(shù)值后通過旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)，在這一過程中使用雙金屬溫度計(jì)A (9)和流量計(jì)A (11)測量流進(jìn)系統(tǒng)的泥漿溫度值和流量值；流進(jìn)鉆柱系統(tǒng)的泥漿通過鉆桿(30)和井下工具(31)后沿著井壁(32)流向出液管線，打開平板閥B (27)，使泥漿在冷卻器(25)中冷卻至常溫，再通過減速閥(28)降低流速后回流到泥漿罐(3)中，出液管線中安裝的流量計(jì)B (24)和雙金屬溫度計(jì)B (26)可測量流出系統(tǒng)的泥漿流量值和溫度值； c.對(duì)井漏過程進(jìn)行模擬 ，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中，關(guān)閉平板閥E(39)，打開平板閥D(38)和平板閥F (37)，啟動(dòng)泥漿泵B (35)為泥漿漏失流動(dòng)提高動(dòng)力，通過對(duì)平板閥F (37)開度的調(diào)節(jié)來控制井漏工況下漏失泥漿量的大小，并使用流量計(jì)C (36)獲得具體的漏失泥漿流量值，單向閥(34)用于防止正常循環(huán)轉(zhuǎn)進(jìn)過程中的泥漿逆流到漏失管線中，同時(shí)將通過漏失管線的泥漿導(dǎo)入到冷卻器(25)中進(jìn)行冷卻后再流回到泥漿罐(3)中； d.對(duì)井涌過程進(jìn)行模擬，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中，關(guān)閉平板閥F(37)，打開平板閥D(38)、平板閥E (39)和平板閥C (29)，啟動(dòng)泥漿泵C (41)來為泥漿進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)提供動(dòng)力，同時(shí)通過調(diào)節(jié)平板閥C (29)的閥門開度來控制泥漿涌入量的大小，使用流量計(jì)D (40)獲得具體的涌入泥漿流量值； e.對(duì)安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試過程進(jìn)行模擬，將井下工具(31)裝入鉆桿(30)中，啟動(dòng)電機(jī)(13)，讓鉆柱系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按照上述流程a和流程b的操作步驟可實(shí)現(xiàn)對(duì)正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程和鉆井泥漿循環(huán)過程的模擬實(shí)驗(yàn)研究；配合流程c和流程d可完成對(duì)井下工具在不同井深工況下的井漏和井涌過程模擬研究，依據(jù)上述流程可為井下工具在近乎真實(shí)井下工況條件下的試驗(yàn)驗(yàn)證研究提供支撐； f.試驗(yàn)完成后，關(guān)閉泥漿泵和電機(jī)，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的鉆井液從出液口(42)清理出鉆柱系統(tǒng)和液流管線，取出井下工具并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同井下工況條件下的試驗(yàn)研究結(jié)論。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK103531076SQ201310545819
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】劉清友, 徐濤 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)