一种空气钻水平井环空携岩模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于模拟石油空气钻井中的一种水平井环空岩屑运移模拟装置，该装置包括供气部分、供岩屑部分、井下环空模拟部分、供水部分、分离回收部分和数据采集部分。使用本发明专利技术装置可在低压情况下进行空气岩屑运移实验，可对空气岩屑运移进行可视化的观察，并可模拟包括地层出水在内的多种不同工况因素下的岩屑运移情况，通过装置中的分离与回收部分，模拟实验的岩屑可得到反复利用。

Annular air carrying rock simulation device for air drilling horizontal well

The present invention relates to a horizontal well simulation oil in air drilling cuttings transport simulation device, the device comprises a gas supply part, for cutting part, downhole annulus simulation part, a water supply part, the separation and recovery of part and data acquisition part. Use the device of the invention can carry air cuttings migration experiment under the condition of low voltage, observe the visualization of air cuttings migration, and can simulate the situation of cuttings migration in a variety of different conditions, the factors including the formation water, through the separation and recovery of part of the device, the simulation experiment can be obtained by repeated cutting.

【技术实现步骤摘要】
一种空气钻水平井环空携岩模拟装置
本专利技术涉及用于模拟石油空气钻井的实验装置，是一种可进行可视化观察的空气钻水平井环空携岩模拟装置。
技术介绍
在石油钻井过程中，为提高机械钻速，减少漏失，延长钻头寿命，减少粘卡，提高地层评价效果，减少地层损害，更早的油气产出，常使用空气钻井技术。空气钻井为在可以控制的条件下，使用气基流体来代替钻井液，从而在井底形成负压差的钻井技术。由于空气密度低、粘度小，采用空气作为携岩介质后，岩屑运移效果较差，另外遇地层出水时，粘土性岩屑的粘结也给岩屑运移带来了负担。空气钻井具有许多不可替代的优势，而受到重视，但岩屑运移问题成为了阻碍其发展的瓶颈之一。钻井中，常使用水平井钻井技术。水平井为井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。水平井中由于重力的原因使得钻柱平躺在下井壁，形成偏心环空，在钻杆接头等过渡段极易导致岩屑沉降堆积，堆积过多则形成岩屑床。环空岩屑堆积易于造成钻柱高扭矩和高阻力，甚至于卡钻，为了解决上述问题，水平井的岩屑运移机理成为了亟待研究的课题。因此，急需一种能模拟并能可视化观察空气钻水平井岩屑运移规律的实验装置。该装置包括供气部分、供岩屑部分、井下环空模拟部分、供水部分、分离回收部分和数据采集部分。使用该实验装置可定量研究包括地层出水在内的不同工况因素下的空气携岩规律，可对空气携岩过程进行可视化的观察，并且是在低压安全条件下进行的低成本实验，这将为空气钻水平井环空携岩问题的解决提供一个可靠途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为克服现有技术的不足，特提供一种可模拟多种工况因素且可进行可视化观察的空气钻水平井携岩模拟装置。为达到上述目的，本专利技术解决此问题所采用的技术方案是：一种空气钻水平井环空携岩模拟装置，包括供气部分、供岩屑部分、井下环空模拟部分、供水部分、分离回收部分和数据采集部分。其特征在于：所述供气部分由控制柜、风机、钢管、涡街流量计和蝶阀依次连接组成，所述供岩屑部分由储砂槽、旋转阀、变频器、加速室及进料支架由上至下组成，所述井下环空模拟部分由玻璃管、PVC管、PVC钻杆接头、滚动轴承、转动手柄、调节螺栓、橡胶帘、管道支架和可调支架等构成，其中PVC管位于玻璃管内，所述供水部分由水管、浮子流量计、球阀依次连接至玻璃管上部开口构成，所述分离回收部分由回收桶、筛板、筛网、排水管和三角支架组成，所述数据采集部分由高速摄像头、三脚架、电脑和标尺组成。所述涡街流量计、蝶阀通过钢管与风机出口连接，以调节空气流量；所述旋转阀装在加速室上方，加速室两端分别与蝶阀、玻璃管相连接，旋转阀通过变频器控制转速；所述玻璃管采用透明、耐磨材料，可直接观察空气携岩过程，达到可视化的效果，玻璃管之间通过法兰、螺栓连接，PVC管与PVC钻杆接头连接后装于玻璃管中，PVC管面向风机一头用端盖封堵；所述可调支架分为上半部分与下半部分，其中上半部分与滚动轴承过盈配合，下半部分用膨胀螺钉固定在地面，上下两部分由调节螺栓连接，通过调节螺栓高度可改变PVC管高度，达到改变其偏心距的目的，另外，PVC管与回收桶之间采用弯向回收桶内侧的橡胶帘密封；所述供水装置由水管、浮子流量计、球阀依次连接，其中浮子流量计由螺栓固定在支架上，水管将球阀、浮子流量计串联，通过浮子流量计与球阀控制供水量；所述回收桶上有多相流入口、气相出口、液相出口、固相出口、PVC管出口共五个出入口，其中多相流入口与玻璃管尾端相连，气相出口处用铁环固定有筛网，以分离气相与固相，液相出口处焊接有排水管，固相出口处装有封闭门，可开启回收固相。回收桶通过螺栓与三角支架连接，三角支架使回收桶与地面成5°角，方便液相通过排水管流出，筛板固定于回收桶中，将多相流入口与液相出口隔开，从而分离固相与液相，即实现了三相分离与固相的回收；所述标尺粘贴在玻璃管下部，用于测量岩屑在单位时间内的位移。使用上述装置模拟空气钻水平井岩屑运移的方法，主要包括以下步骤。1）通过调节供气部分排量，记录涡街流量计读数，可模拟不同环空返速下空气的携岩情况，记录下加岩屑量、PVC管转速、PVC管偏心度、岩屑运动轨迹、岩屑沉降成床及再起动情况，分析不同空气排量对携岩效果的影响。2）通过控制变频器改变岩屑加入量，可模拟钻井中不同钻速下产生的钻屑量，记录下涡街流量计读数、PVC管转速、PVC管偏心度、岩屑运动轨迹、岩屑沉降成床及再起动情况，分析不同钻屑量对携岩效果的影响。3）通过控制可调支架高度来改变PVC管的偏心度，可模拟水平井中不同偏心度钻柱的工作情况，记录下涡街流量计读数、加岩屑量、PVC管转速、PVC管偏心度、岩屑运动轨迹、岩屑沉降成床及再起动情况，分析不同钻柱偏心度对携岩效果的影响。4）通过转动手柄来改变PVC管的转速，可模拟水平井中不同转速钻柱的工作转动，记录下涡街流量计读数、加岩屑量、PVC管偏心度、岩屑运动轨迹、岩屑沉降成床及再起动情况，分析不同PVC管转速对携岩效果的影响。5）通过调节球阀改变供水部分流量，可模拟井下遇地层出水时的工作情况，记录下涡街流量计读数、浮子流量计读数、加岩屑量、PVC管转速、PVC管偏心度、岩屑运动轨迹、岩屑沉降成床及再起动情况，分析不同的地层出水量对携岩效果的影响，以及泥页岩遇水粘结后可能对钻井过程产生的后果。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：1）本装置在可视化条件下，可模拟不同空气排量、岩屑量、岩屑粒径、钻柱偏心度、钻柱转速及地层出水量对空气钻水平井岩屑运移规律的影响；2）安装有供水部分，可模拟地层出水条件下的井下工作情况，为井下泥页岩遇水粘结导致的堵塞环空、卡钻等事故提供了实验分析途径；3）分离与回收部分可使固、液、气三相得到充分分离，岩屑回收后可反复利用，节约了实验材料；4）由于岩屑运移只对空气动压有要求，井下环空模拟部分压降也基本符合实际情况，故使用本装置可通入低压空气进行实验，避免了实际情况中高压空气带来的安全隐患；5）本装置功能丰富，结构简单，使用安全，且建造与运行成本较低。附图说明图1为本专利技术一种空气钻水平井环空携岩模拟装置的示意图；图2是图1中A处放大剖面图；图3是图1中B处放大左视图。图中：1.风机，2.钢管，3.涡街流量计，4.蝶阀，5.变频器，6.储砂槽，7.旋转阀，8.球阀，9.水管，10.浮子流量计，11.玻璃管，12.PVC钻杆接头，13.管道支架，14.PVC管，15.回收桶，16.筛网，17.滚动轴承，18.转动手柄，19.可调支架，20.排水管，21.三角支架，22.标尺，23.三脚架，24.电脑，25.高速摄像头，26.加速室，27.进料支架，28.方形架，29.控制柜，30.橡胶帘，31.筛板，32.调节螺栓，33.多相流入口，34.气相出口，35.液相出口，36.固相出口，37.PVC管出口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。如图1~3所示，一种空气钻水平井环空携岩模拟装置，包括供气部分、供岩屑部分、井下环空模拟部分、供水部分、分离回收部分和数据采集部分。其特征在于：所述供气部分由风机1、钢管2、涡街流量计3和蝶阀4依次连接组成，所述供岩屑部分由储砂槽6、旋转阀7、变频器5、加速室26及进料支架27由上至下组成，所述井下环空模拟部分由玻璃管11、PVC管14、PVC钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气钻水平井环空携岩模拟装置，其结构主要包括：风机（1）、钢管（2）、涡街流量计（3）、蝶阀（4）、变频器（5）、储砂槽（6）、旋转阀（7）、球阀（8）、水管（9）、浮子流量计（10）、玻璃管（11）、PVC钻杆接头（12）、管道支架（13）、PVC管（14）、回收桶（15）、筛网（16）、滚动轴承（17）、转动手柄（18）、可调支架（19）、排水管（20）、三角支架（21）、标尺（22）、三脚架（23）、电脑（24）、高速摄像头（25）、加速室（26）、进料支架（27）、方形架（28）、控制柜（29）、橡胶帘（30）、筛板（31）、调节螺栓（32）、多相流入口（33）、气相出口（34）、液相出口（35）、固相出口（36）、PVC管出口（37）；其技术特征在于：供气部分由风机（1）、钢管（2）、涡街流量计（3）和蝶阀（4）依次连接组成，风机（1）靠螺纹连接于方形架（28），电源通过控制柜（29）接入，供岩屑部分由储砂槽（6）、旋转阀（7）、变频器（5）、加速室（26）及进料支架（27）由上至下组成，井下环空模拟部分由玻璃管（11）、PVC管（14）、PVC钻杆接头（12）、滚动轴承（17）、转动手柄（18）、调节螺栓（32）、橡胶帘（30）、管道支架（13）和可调支架（19）构成，其中PVC管（14）位于玻璃管（11）内，供水部分由水管（9）、浮子流量计（10）、球阀（8）依次连接至玻璃管（11）上部开口构成，分离回收部分由回收桶（15）、筛板（31）、筛网（16）、排水管（20）和三角支架（21）组成，数据采集部分由高速摄像头（25）、三脚架（23）、电脑（24）和标尺（22）组成。...

【技术特征摘要】
1.一种空气钻水平井环空携岩模拟装置，其结构主要包括：风机（1）、钢管（2）、涡街流量计（3）、蝶阀（4）、变频器（5）、储砂槽（6）、旋转阀（7）、球阀（8）、水管（9）、浮子流量计（10）、玻璃管（11）、PVC钻杆接头（12）、管道支架（13）、PVC管（14）、回收桶（15）、筛网（16）、滚动轴承（17）、转动手柄（18）、可调支架（19）、排水管（20）、三角支架（21）、标尺（22）、三脚架（23）、电脑（24）、高速摄像头（25）、加速室（26）、进料支架（27）、方形架（28）、控制柜（29）、橡胶帘（30）、筛板（31）、调节螺栓（32）、多相流入口（33）、气相出口（34）、液相出口（35）、固相出口（36）、PVC管出口（37）；其技术特征在于：供气部分由风机（1）、钢管（2）、涡街流量计（3）和蝶阀（4）依次连接组成，风机（1）靠螺纹连接于方形架（28），电源通过控制柜（29）接入，供岩屑部分由储砂槽（6）、旋转阀（7）、变频器（5）、加速室（26）及进料支架（27）由上至下组成，井下环空模拟部分由玻璃管（11）、PVC管（14）、PVC钻杆接头（12）、滚动轴承（17）、转动手柄（18）、调节螺栓（32）、橡胶帘（30）、管道支架（13）和可调支架（19）构成，其中PVC管（14）位于玻璃管（11）内，供水部分由水管（9）、浮子流量计（10）、球阀（8）依次连接至玻璃管（11）上部开口构...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝效华，刘骉，毛宇，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51