一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台制造技术

本发明专利技术涉及一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，包括动力模块、实验工况调控模块，测试与检测模块、流体循环模块以及喷钻组件。动力模块包括微钻实验装置和泥浆泵；实验工况调控模块包括中控单元和围压调控单元；测试与检测模块包括传感检测单元、数据采集单元、数据处理单元和显示存储单元；流体循环模块包括水龙头、水箱、沉淀过滤池、污水泵和上端开口下端封闭且透明的模拟井筒。本发明专利技术的多功能测试与实验平台，可在实验室内模拟实际的喷射钻井过程，为开展喷射钻井的室内实验研究创造必要条件，实验过程中可实现自动化控制，且可使处于地下、不可视的喷射钻井过程可视化，从而变半经验性的研究为科学化、定量化的研究。

A multi-functional test and experimental platform for the research of jet drilling

【技术实现步骤摘要】
一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台
本专利技术涉及喷射钻井
，尤其涉及一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台。
技术介绍
喷射钻井(JetDrilling)是利用有压钻井液流过嵌固于喷射式钻头的喷嘴时产生高速射流的水力作用，辅助钻头破岩、清洗井底岩屑，可有效提高机械钻速的一种钻井方法。喷射钻井过程中，在使用喷射式钻头的井底条件下，钻井液从喷嘴高速喷出形成射流，被井筒内的钻井液所淹没，并且其运动和发展受到井底和井壁的限制，因而属于淹没非自由射流。喷射钻井过程中形成的高压射流能够很好地清洗井底钻屑、大幅提升机械钻速，具体表现为三个方面：1、射流的冲击压力作用(对岩屑的冲击反转作用)。由于射流作用在井底岩屑上的压力极不均匀，可使岩屑产生一个反转力矩，离开井底；2、漫流的横推作用。漫流具有附面射流性质，高速漫流可对井底岩屑产生一个横推力；3、射流对井底的破岩作用。若井底岩石的强度较低，当射流冲击力超过地层岩石的破碎压力时，射流将直接破碎岩石；若井底岩石的强度较高，高速射流流体将挤入岩石的微裂纹或裂缝形成“水楔”，使微裂纹或裂缝逐渐扩大，从而能够大幅降低岩石的强度。目前，对于喷射钻井的研究主要集中在喷射式钻头上嵌固喷嘴的布设方式、射流水力参数和钻头水力参数、水功率传递关系、提高钻头水力参数的途径、喷射钻井水力参数设计等方面，为了更好地研究喷射钻井的相关内容，进一步提升喷射钻井的机械钻速，还需要对喷射钻进过程中包括射流破岩机理、井底流场优化、喷嘴结构优化等方面展开更深入的研究，现有技术中并没有专门用于对喷射钻进过程中包括射流破岩机理、井底流场优化、喷嘴结构优化等方面展开更深入研究的实验装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够将过程复杂且不可视的喷射钻井过程置于实验室内，从而实现喷射钻井过程的可视化、科学化及定量化的研究的多功能测试与实验平台。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，包括动力模块、实验工况调控模块，测试与检测模块、流体循环模块以及喷钻组件。所述动力模块包括微钻实验装置和泥浆泵，所述喷钻组件与所述微钻实验装置连接；所述实验工况调控模块包括中控单元和围压调控单元；所述测试与检测模块包括传感检测单元、数据采集单元、数据处理单元和显示存储单元，所述传感检测单元实时检测所述微钻实验装置的工况参数及施加在岩样上的围压值；所述流体循环模块包括水龙头、水箱、沉淀过滤池、污水泵和上端开口下端封闭且透明的模拟井筒。所述模拟井筒内装填有岩样，所述微钻实验装置设置在所述模拟井筒上方，且所述喷钻组件位于所述模拟井筒的上端口内，所述围压调控单元穿过所述模拟井筒的侧壁和/或底壁，并可调节挤压所述岩样的围压值，所述喷钻组件设置在所述模拟井筒的上端口内，并向下喷射流体，所述水箱上的进液口通过管路与所述水龙头连通，所述水箱上的出液口通过管路与所述泥浆泵的进液口连通，所述泥浆泵的出液口通过管路与所述喷钻组件连通，所述水箱上的回流口通过管路与所述污水泵的出液口连通，所述污水泵的进液口通过管路与所述沉淀过滤池的出液口连通，所述沉淀过滤池的进液口通过管路与所述模拟井筒上端口连通；所述中控单元分别与所述微钻实验装置、泥浆泵、传感检测单元、数据采集单元、数据处理单元、显示存储单元和污水泵电连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的多功能测试与实验平台，可在实验室内模拟实际的喷射钻井过程，可为开展喷射钻井的室内实验研究创造必要条件，本专利技术提供的多功能测试与实验平台可实现自动化控制，且可使处于地下、不可视的喷射钻井过程可视化，从而变半经验性的研究为科学化、定量化的研究。使用本专利技术提供的多功能测试与实验平台开展喷射钻井的室内实验研究过程中，可对喷射钻井的各个工况参数条件(钻压、扭矩、转速、喷射压力、喷射流量、喷射角度、测试样品、围压)进行动态调节，以满足对不同的工况进行模拟实验研究，各个参数可由测试与检测模块实时检测，并通过测试与检测模块进行数据图像的显示、记录及储存。本专利技术提供的多功能测试与实验平台不受场地条件限制，可以在实验室内通过更换不同的测试样品、钻井液类型、钻头类型、喷嘴类型等，测试不同组合型式下的喷射钻井效果，以期对喷射钻井参数进行合理优化。此外，本专利技术提供的多功能测试与实验平台不仅可开展喷射钻井的室内实验研究，同时还可开展高压射流方面的实验研究工作。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步：所述中控单元包括显示屏、控制按钮、主控制电路和电源，所述主控制电路和电源设置在控制柜内，所述显示屏和控制按钮分别镶嵌设置在所述控制柜的前面板上，且所述显示屏和控制按钮分别与所述主控制电路电连接，所述电源分别与所述显示屏、控制按钮和主控制电路电连接，所述主控制电路还分别与所述微钻实验装置、泥浆泵、传感检测单元、数据采集单元、数据处理单元、显示存储单元和污水泵电连接。上述进一步方案的有益效果是：通过所述中控单元可以比较方便地控制所述微钻实验装置、泥浆泵、传感检测单元、数据采集单元、数据处理单元、显示存储单元和污水泵等电器设备的工作状态，以及控制喷钻组件(5)的钻压、扭矩(转速)、喷射压力(流量)的大小。进一步：所述围压调控单元包括液压泵站、多个液压缸和与所述液压缸数量相同的加持模具，所述液压泵站与所述液压缸连通，所述液压缸的输出端穿过所述模拟井筒的侧壁和/或底壁后通过对应的所述加持模具与所述岩样抵接。上述进一步方案的有益效果是：通过所述围压调控单元可以比较方便地调节所述液压缸的运动行程，从而比较精确的调节所述岩样的围压，以便在不同的围压下进行测试与实验。进一步：所述传感检测单元包括数量与所述液压缸相同的第一压力传感器，还包括位移传感器、第二压力传感器、扭力传感器、转速传感器、角度传感器、压力变送器、流量传感器和称重传感器中的一种或多种，所述第一压力传感器设置在对应的所述加持模具与所述岩样之间，所述位移传感器、第二压力传感器、扭力传感器、转速传感器和角度传感器设置在所述微钻实验装置内，所述压力变送器和流量传感器均设置在所述泥浆泵与所述喷钻组件之间的管路上；所述第一压力传感器用于实时检测所述岩样的围压，所述位移传感器用于实时检测所述喷钻组件的钻进进尺或喷嘴射流喷距，所述第二压力传感器用于实时检测所述喷钻组件的钻压，所述扭力传感器用于实时检测所述喷钻组件的钻进扭矩，所述转速传感器用于实时检测所述喷钻组件的钻进转速，所述角度传感器用于实时检测所述喷钻组件的钻进方向或射流喷射方向，所述压力变送器用于实时检测所述喷钻组件喷射流体的喷射压力，所述流量传感器用于实时检测喷钻组件喷射流体的流量，所述称重传感器用于实时检测所述喷钻组件的射流打击力的值。上述进一步方案的有益效果是：通过所述第一压力传感器、位移传感器、第二压力传感器、扭力传感器、转速传感器、角度传感器、压力变送器、流量传感器称重传感器，可以分别测量所述岩样的围压、所述喷钻组件的钻进进尺或喷嘴射流喷距、所述喷钻组件的钻压、喷钻组件的钻进扭矩、所述喷钻组件的钻进转速、所述喷钻组件的钻进方向或射流喷射方向、所述喷钻组件喷射流体的喷射压力、所述喷钻组件喷射流体的流量和所述喷钻组件的射流打击力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，其特征在于：包括动力模块(1)、实验工况调控模块(2)，测试与检测模块(3)、流体循环模块(4)以及喷钻组件(5)；所述动力模块(1)包括微钻实验装置(11)和泥浆泵(12)，所述喷钻组件(5)与所述微钻实验装置(11)连接；所述实验工况调控模块(2)包括中控单元(21)和围压调控单元(22)；所述测试与检测模块(3)包括传感检测单元(31)、数据采集单元(32)、数据处理单元(33)和显示存储单元(34)，所述传感检测单元(31)实时检测所述微钻实验装置(11)的工况参数及施加在岩样(6)上的围压值；所述流体循环模块(4)包括水龙头(41)、水箱(42)、沉淀过滤池(43)、污水泵(44)和上端开口下端封闭且透明的模拟井筒(45)；所述模拟井筒(45)内装填有岩样(6)，所述微钻实验装置(11)设置在所述模拟井筒(45)上方，且所述喷钻组件(5)位于所述模拟井筒(45)的上端口内，所述围压调控单元(22)穿过所述模拟井筒(45)的侧壁和/或底壁，并可调节挤压所述岩样(6)的围压值，所述喷钻组件(5)设置在所述模拟井筒(45)的上端口内，并向下喷射流体，所述水箱(42)上的进液口通过管路与所述水龙头(41)连通，所述水箱(42)上的出液口通过管路与所述泥浆泵(12)的进液口连通，所述泥浆泵(12)的出液口通过管路与所述喷钻组件(5)连通，所述水箱(42)上的回流口通过管路与所述污水泵(44)的出液口连通，所述污水泵(44)的进液口通过管路与所述沉淀过滤池(43)的出液口连通，所述沉淀过滤池(43)的进液口通过管路与所述模拟井筒(45)上端口连通；所述中控单元(21)分别与所述微钻实验装置(11)、泥浆泵(12)、传感检测单元(31)、数据采集单元(32)、数据处理单元(33)、显示存储单元(34)和污水泵(44)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，其特征在于：包括动力模块(1)、实验工况调控模块(2)，测试与检测模块(3)、流体循环模块(4)以及喷钻组件(5)；所述动力模块(1)包括微钻实验装置(11)和泥浆泵(12)，所述喷钻组件(5)与所述微钻实验装置(11)连接；所述实验工况调控模块(2)包括中控单元(21)和围压调控单元(22)；所述测试与检测模块(3)包括传感检测单元(31)、数据采集单元(32)、数据处理单元(33)和显示存储单元(34)，所述传感检测单元(31)实时检测所述微钻实验装置(11)的工况参数及施加在岩样(6)上的围压值；所述流体循环模块(4)包括水龙头(41)、水箱(42)、沉淀过滤池(43)、污水泵(44)和上端开口下端封闭且透明的模拟井筒(45)；所述模拟井筒(45)内装填有岩样(6)，所述微钻实验装置(11)设置在所述模拟井筒(45)上方，且所述喷钻组件(5)位于所述模拟井筒(45)的上端口内，所述围压调控单元(22)穿过所述模拟井筒(45)的侧壁和/或底壁，并可调节挤压所述岩样(6)的围压值，所述喷钻组件(5)设置在所述模拟井筒(45)的上端口内，并向下喷射流体，所述水箱(42)上的进液口通过管路与所述水龙头(41)连通，所述水箱(42)上的出液口通过管路与所述泥浆泵(12)的进液口连通，所述泥浆泵(12)的出液口通过管路与所述喷钻组件(5)连通，所述水箱(42)上的回流口通过管路与所述污水泵(44)的出液口连通，所述污水泵(44)的进液口通过管路与所述沉淀过滤池(43)的出液口连通，所述沉淀过滤池(43)的进液口通过管路与所述模拟井筒(45)上端口连通；所述中控单元(21)分别与所述微钻实验装置(11)、泥浆泵(12)、传感检测单元(31)、数据采集单元(32)、数据处理单元(33)、显示存储单元(34)和污水泵(44)电连接。2.根据权利要求1所述的用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，其特征在于：所述中控单元(21)包括显示屏(211)、控制按钮(212)、主控制电路和电源，所述主控制电路和电源设置在控制柜(213)内，所述显示屏(211)和控制按钮(212)分别镶嵌设置在所述控制柜(213)的前面板上，且所述显示屏(211)和控制按钮(212)分别与所述主控制电路电连接，所述电源分别与所述显示屏(211)、控制按钮(212)和主控制电路电连接，所述主控制电路还分别与所述微钻实验装置(11)、泥浆泵(12)、传感检测单元(31)、数据采集单元(32)、数据处理单元(33)、显示存储单元(34)和污水泵(44)电连接。3.根据权利要求1所述的用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，其特征在于：所述围压调控单元(22)包括液压泵站、多个液压缸(221)和与所述液压缸(221)数量相同的加持模具(222)，所述液压泵站与所述液压缸(221)连通，所述液压缸(221)的输出端穿过所述模拟井筒(45)的侧壁和/或底壁后通过对应的所述加持模具(222)与所述岩样(6)抵接。4.根据权利要求3所述的用于喷射钻井室内研究的多功能测试与实验平台，其特征在于：所述传感检测单元(31)包括数量与所述液压缸(221)相同的第一压力传感器(311)，还包括位移传感器(312)、第二压力传感器(313)、扭力传感器(314)、转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：温继伟，裴向军，陈宝义，陈晨，张文，
申请(专利权)人：成都理工大学，吉林大学，
类型：发明
国别省市：四川,51