一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统，属于石油钻井技术领域，包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，其中，激振器可以用于模拟不规则井底对钻柱系统的轴向激振，井筒模拟管用于可以模拟不规则井壁对钻柱的影响，制动器可以用于模拟钻柱系统受到的径向阻尼，可以实现多种影响因素下水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据，且结构简单、操作方便、适应性强。

A Downhole Simulation System for Drilling String Dynamics Research in Horizontal Well

The invention discloses a downhole simulation system for the study of drill string dynamics in horizontal wells, belonging to the technical field of oil drilling, which comprises a worktable, a wellbore simulation tube installed on the worktable, a drilling rod string, a pressure sensor, a bottom worktable, a movable guide rail, an exciter, a connecting plate of an exciter, a conversion flange, a fixing plate, a brake and a bottom hole simulator. Vibrator can be used to simulate the axial vibration of drill string system caused by irregular bottom hole, wellbore tube can simulate the influence of irregular borehole wall on drill string, brake can be used to simulate the radial damping of drill string system, and the dynamic simulation of drill string in horizontal wells under various influencing factors can be realized, which provides a basis for analyzing the motion state of horizontal drill string and related influencing factors. Reliable test data, and simple structure, easy operation, strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统
本专利技术涉及石油钻井
，尤其涉及一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统。
技术介绍
钻井动力学是研究最佳钻进参数设置、钻柱疲劳、磨损、振动、屈曲行为、涡动、井眼轨迹预测及控制、钻井风险评估等问题的研究基础。钻柱在井眼中的力学行为是一种包含了几何非线性和接触非线性的双重非线性问题。钻柱的振动可以分解为纵向、横向、扭转振动三种，真实工况下其振动极其复杂，一般是几种振动的耦合；质量不平衡会使钻柱在旋转过程中产生离心力，从而产生涡动致使钻柱偏磨；此外，钻柱的振动还受钻井液、孔壁、钻具重量等因素的影响。在陆地表面监测或由井底随钻测量系统检测都难以真实反应其井底钻具的振动情况，例如，钻柱的横向振动在由井底向井口传播的过程中急剧衰减。钻柱作为钻井系统的重要部分，是决定钻井工艺是否成功的关键因素。当前针对钻柱的研究主要集中在竖直井和水平井底部钻具组合上，缺乏对水平井整体钻柱动力学的研究。水平井钻井过程中，钻杆处于超低刚度状态运行，钻柱的形变、振动和与井壁的接触摩擦，相对于垂直井更为复杂。在钻井过程中，钻柱由于承受交变载荷会产生较大的应力突变，常常过早失效，易引发不同程度的钻柱井下断裂事故，损失巨大。因此，亟待开发设计一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统。
技术实现思路
本专利技术提供一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统，可有效模拟不规则井壁和井底，实现水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据，且结构简单、操作方便、适应性强。本专利技术提供的具体技术方案如下：本专利技术提供的一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，所述钻井杆柱安装在所述井筒模拟管内部，所述钻井杆柱抵接在所述井底模拟器上，所述底部工作台采用所述移动导轨滑动安装在所述工作台的上表面，所述激振器固定在所述工作台上，所述激振器通过所述激振器连接板与所述压力传感器相连，所述压力传感器、所述激振器连接板、所述转换法兰、所述固定板和所述制动器均安装在所述底部工作台上。可选的，所述转换法兰安装在所述传感器和所述固定板之间，所述制动器安装在所述固定板上。可选的，所述制动器为磁粉制动器，所述井筒模拟管为有机玻璃管。可选的，所述钻井杆柱为中空杆柱，所述钻井杆柱的下端设置有钻井液出孔。可选的，所述激振器用于模拟不规则井底对钻柱系统的轴向激振。可选的，所述井筒模拟管采用支架固定在所述工作台的上表面，所述井筒模拟管用于模拟不规则井壁。可选的，所述制动器通过键连接与所述钻井杆柱同轴安装，所述制动器用于模拟钻柱系统受到的径向阻尼。可选的，所述井下模拟系统还包括设置在所述井筒模拟管两侧的电涡流位移传感器，所述电涡流位移传感器用于检测所述井筒模拟管的径向位移。可选的，所述压力传感器用于检测钻柱系统受到的轴向作用力大小。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实施例提供一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，其中，激振器可以用于模拟不规则井底对钻柱系统的轴向激振，井筒模拟管用于可以模拟不规则井壁对钻柱的影响，制动器可以用于模拟钻柱系统受到的径向阻尼，可以实现多种影响因素下水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据，且结构简单、操作方便、适应性强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面将结合图1对本专利技术实施例的一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统进行详细的说明。参考图1所示，本专利技术实施例提供的一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统包括工作台1、安装在工作台1上面的井筒模拟管2、钻井杆柱3、压力传感器4、底部工作台5、移动导轨6、激振器7、激振器连接板8、转换法兰9、固定板10、制动器11和井底模拟器12，钻井杆柱3安装在井筒模拟管2的内部，钻井杆柱3抵接在井底模拟器12上，底部工作台5采用移动导轨6滑动安装在工作台1的上表面，激振器7固定在工作台1上，激振器7通过激振器连接板8与压力传感器4相连，压力传感器4、激振器连接板8、转换法兰9、固定板10和制动器11均安装在底部工作台5上。参考图1所示，转换法兰9安装在压力传感器4和固定板10之间，制动器11安装在固定板10上，压力传感器4安装在转换法兰9和激振器连接板8之间，其中压力传感器4用于检测钻柱系统受到的轴向作用力大小参考图1所示，制动器11为磁粉制动器，井筒模拟管2为有机玻璃管，其中，有机玻璃管的内壁做粗糙处理，井筒模拟管2采用支架固定在工作台1的上表面，井筒模拟管2用于模拟不规则井壁。参考图1所示，钻井杆柱3为中空杆柱，其中，钻井杆柱的下端设置有钻井液出孔。激振器7用于模拟不规则井底对钻柱系统的轴向激振。制动器11通过键连接与钻井杆柱3同轴安装，制动器11用于模拟钻柱系统受到的径向阻尼。参考图1所示，本专利技术实施例的井下模拟系统还包括设置在井筒模拟管2两侧的电涡流位移传感器13，其中，电涡流位移传感器13采用传感器支架14固定在工作台1上，电涡流位移传感器13用于检测井筒模拟管2的径向位移。本专利技术实施例提供一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，其中，激振器可以用于模拟不规则井底对钻柱系统的轴向激振，井筒模拟管用于可以模拟不规则井壁对钻柱的影响，制动器可以用于模拟钻柱系统受到的径向阻尼，可以实现多种影响因素下水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据，且结构简单、操作方便、适应性强。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术实施例进行各种改动和变型而不脱离本专利技术实施例的精神和范围。这样，倘若本专利技术实施例的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统，其特征在于，所述井下模拟系统包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，所述钻井杆柱安装在所述井筒模拟管内部，所述钻井杆柱抵接在所述井底模拟器上，所述底部工作台采用所述移动导轨滑动安装在所述工作台的上表面，所述激振器固定在所述工作台上，所述激振器通过所述激振器连接板与所述压力传感器相连，所述压力传感器、所述激振器连接板、所述转换法兰、所述固定板和所述制动器均安装在所述底部工作台上。

【技术特征摘要】
1.一种水平井钻柱动力学研究用井下模拟系统，其特征在于，所述井下模拟系统包括工作台、安装在所述工作台上面的井筒模拟管、钻井杆柱、压力传感器、底部工作台、移动导轨、激振器、激振器连接板、转换法兰、固定板、制动器和井底模拟器，所述钻井杆柱安装在所述井筒模拟管内部，所述钻井杆柱抵接在所述井底模拟器上，所述底部工作台采用所述移动导轨滑动安装在所述工作台的上表面，所述激振器固定在所述工作台上，所述激振器通过所述激振器连接板与所述压力传感器相连，所述压力传感器、所述激振器连接板、所述转换法兰、所述固定板和所述制动器均安装在所述底部工作台上。2.根据权利要求1所述的井下模拟系统，其特征在于，所述转换法兰安装在所述传感器和所述固定板之间，所述制动器安装在所述固定板上。3.根据权利要求2所述的井下模拟系统，其特征在于，所述制动器为磁粉制动器，所述井筒模拟管为有机玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔冰松，王瑞和，赵明远，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37