一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其包括：套管；钻进装置，包括伸入套管内的钻柱、以及位于套管内并与钻柱连接的钻头；用于驱动钻柱旋转的驱动装置，驱动装置设于套管外并与钻柱连接；用于向钻柱内注入钻井液的钻井液注入装置，钻井液注入装置设于套管外，并与钻柱连接；用于向套管内注入浅层流体的浅层流体注入装置，浅层流体注入装置设于套管外，并与套管连通；用于检测套管内压力的压力检测装置，压力检测装置与套管连接。本实用新型专利技术能真实模拟钻进条件下钻遇浅层地质灾害的工况，并能监测浅层地质灾害流体侵入时井筒内部的压力变化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置
本技术涉及海洋浅层钻井
，尤其是一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置。
技术介绍
随着海上油气资源的深入开发，油气勘探开发重点区域逐渐由近海浅水区域转向远海深水区域。一方面，远海深水区域泥线以下约400米左右常存在浅层水、浅层气等浅层地质灾害流体，在表层钻进过程中，浅层流由于压力较井筒内高，在钻遇之后通常会涌入井筒内部，导致井筒内压力发生复杂的变化；另一方面，由于海洋深水区块水深较深，海底浅层土压实作用较差，导致浅层土破裂压力低、压力窗口小，为了保障深水区域浅层钻井的安全高效，进行海洋深水钻井时常使用双梯度或多梯度钻井技术，以保证井筒内液柱压力在平衡各个层位地层压力的同时不压漏上部薄弱地层，但双梯度或多梯度钻井技术通常又受到井筒内复杂压力情况的影响。为了摸清在钻遇浅层地质灾害时井筒内压力的变化规律，并揭示灾害流体在井筒内的运移机理，同时为多梯度钻井技术提供水力基础，亟需研制一套经济、有效、方便的实验装置来真实的模拟现场钻进条件下钻遇浅层地质灾害工况时井筒内的压力变化，以为现场的高效安全作业提供理论指导，并为后续海洋深水高效钻井技术的发展提供理论基础。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其能真实模拟钻进条件下钻遇浅层地质灾害的工况，并能监测浅层地质灾害流体侵入时井筒内部的压力变化。为达到上述目的，本技术提出一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其包括：套管；钻进装置，包括伸入所述套管内的钻柱、以及位于所述套管内并与所述钻柱连接的钻头；用于驱动所述钻柱旋转的驱动装置，所述驱动装置设于所述套管外并与所述钻柱连接；用于向所述钻柱内注入钻井液的钻井液注入装置，所述钻井液注入装置设于所述套管外，并与所述钻柱连接；用于向所述套管内注入浅层流体的浅层流体注入装置，所述浅层流体注入装置设于所述套管外，并与所述套管连通；用于检测所述套管内压力的压力检测装置，所述压力检测装置与所述套管连接。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述钻进装置还包括位于所述套管内并与所述钻柱连接的第一单向阀、以及位于所述套管外的钻井水龙头，所述钻井水龙头连接在所述钻柱与所述钻井液注入装置之间。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述驱动装置包括：蜗轮，与所述钻柱固定连接；蜗杆，与所述蜗轮啮合；电机，与所述蜗杆连接，并能驱动所述蜗杆旋转。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述钻井液注入装置包括用于容纳钻井液的钻井液池、以及连接在所述钻井液池与所述钻进装置之间的泵。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述实验装置还包括钻井液返出装置，所述钻井液返出装置包括返液管线，所述返液管线的一端与所述套管连接并连通，所述管线的另一端与所述钻井液池连接。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述浅层流体注入装置包括浅层水注入装置和浅层气注入装置；所述浅层水注入装置包括蓄水池、以及连接在所述蓄水池与所述套管之间的第一阀门、第二单向阀和水泵；所述浅层气注入装置包括气体压缩机、以及连接在所述气体压缩机与所述套管之间的第二阀门和第三单向阀。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述浅层流体注入装置还包括气液输入装置，所述气液输入装置包括输入管线、连接在所述输入管线上的多个第一接头、以及至少一个高压软管，所述输入管线与所述浅层水注入装置和所述浅层气注入装置连接，各所述高压软管的一端能与所述第一接头连接，且另一端能与所述套管连接并连通。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述实验装置包括多组所述压力检测装置，每组所述压力检测装置包括连接在所述套管的外侧壁上且沿所述套管的轴向间隔排列的多个压力传感器，多组所述压力检测装置沿所述套管的周向间隔排列。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述实验装置还包括多组连接件，每组所述连接件包括连接在所述套管的外侧壁上且沿所述套管的轴向间隔排列的多个第二接头，多组所述连接件沿所述套管的周向间隔排列，各所述第二接头能与所述浅层流体注入装置连接。如上所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其中，所述第二接头为快速接头。本技术的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置的特点和优点是：1、采用本技术的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，开启钻进装置，通过钻进液注入装置向套管内注入钻井液，并通过浅层流体注入装置向套管内注入浅层流体，能真实模拟钻进条件下钻遇浅层地质灾害的工况，通过设置压力检测装置，还能监测浅层地质灾害流体侵入时井筒内部的压力变化；2、本技术的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，通过设置钻井液返出装置，能实现钻井液的循环，实验时，同时开启钻进装置、钻井液注入装置和钻井液返出装置，能模拟钻柱旋转情况下泥浆循环的工况；关闭钻进装置，并开启钻井液注入装置和钻井液返出装置，能模拟钻柱不旋转情况下泥浆循环的工况，从而能研究这两种不同工况下灾害流体侵入导致的井筒压力变化；3、本技术的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，结构简单，对实验场地无特定要求，实验装置能放置在地面以上，操作简单方便。附图说明以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。其中：图1是本技术的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置的示意图；图2是图1中套管、第二接头和压力传感器组合部件的组合示意图。主要元件标号说明：1套管2钻进装置21钻柱22钻头23第一单向阀24钻井水龙头3驱动装置31蜗轮32蜗杆4钻井液注入装置41钻井液池42泵5浅层流体注入装置51浅层水注入装置511蓄水池512第一阀门513第二单向阀514水泵52浅层气注入装置521气体入口槽522气体压缩机523第二阀门524第三单向阀53气液输入装置531输入管线532第一接头533高压软管6压力检测装置61压力传感器7壳体8机械密封件9钻井液返出装置91返液管线92出口接头10连接件101第二接头11支架111立柱112钢板113螺柱具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式。如图1所示，本技术提供一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其包括套管1、钻进装置2、驱动装置3、钻井液注入装置4、浅层流体注入装置5、以及压力检测装置6，套管1用于模拟井筒；钻进装置2包括伸入套管1内的钻柱21、以及位于套管1内并与钻柱21连接的钻头22，钻柱21内具有供钻井液流过的钻井液流动通道；驱动装置3设于套管1外并与钻柱21连接，用于驱动钻柱21旋转；钻井液注入装置4设于套管1外，并与钻柱21连接，钻井液注入装置4用于向钻柱21内注入钻井液(或称为泥浆)，例如钻井液为清水，钻井液经由钻柱21和钻头22进入套管1内部，并能经由钻柱21与套管1之间的环形空间循环上返至套管1上端；浅层流体注入装置5设于套管1外，并与套管1连通，浅层流体注入装置5用于向套管1内注入浅层流体(即灾害流体)，浅层流体为浅层气或浅层水；压力检测装置6与套管1连接，用于检测套管1内的压力。采用本技术的用于模拟浅层流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：套管；钻进装置，包括伸入所述套管内的钻柱、以及位于所述套管内并与所述钻柱连接的钻头；用于驱动所述钻柱旋转的驱动装置，所述驱动装置设于所述套管外并与所述钻柱连接；用于向所述钻柱内注入钻井液的钻井液注入装置，所述钻井液注入装置设于所述套管外，并与所述钻柱连接；用于向所述套管内注入浅层流体的浅层流体注入装置，所述浅层流体注入装置设于所述套管外，并与所述套管连通；用于检测所述套管内压力的压力检测装置，所述压力检测装置与所述套管连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：套管；钻进装置，包括伸入所述套管内的钻柱、以及位于所述套管内并与所述钻柱连接的钻头；用于驱动所述钻柱旋转的驱动装置，所述驱动装置设于所述套管外并与所述钻柱连接；用于向所述钻柱内注入钻井液的钻井液注入装置，所述钻井液注入装置设于所述套管外，并与所述钻柱连接；用于向所述套管内注入浅层流体的浅层流体注入装置，所述浅层流体注入装置设于所述套管外，并与所述套管连通；用于检测所述套管内压力的压力检测装置，所述压力检测装置与所述套管连接。2.如权利要求1所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述钻进装置还包括位于所述套管内并与所述钻柱连接的第一单向阀、以及位于所述套管外的钻井水龙头，所述钻井水龙头连接在所述钻柱与所述钻井液注入装置之间。3.如权利要求1所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述驱动装置包括：蜗轮，与所述钻柱固定连接；蜗杆，与所述蜗轮啮合；电机，与所述蜗杆连接，并能驱动所述蜗杆旋转。4.如权利要求1所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述钻井液注入装置包括用于容纳钻井液的钻井液池、以及连接在所述钻井液池与所述钻进装置之间的泵。5.如权利要求4所述的用于模拟浅层流体侵入井筒的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括钻井液返出装置，所述钻井液返出装置包括返液管线，所述返液管线的一端与所述套管连接并连通，所述管线的另一端与所述钻井液池连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨进，殷启帅，施山山，夏强，仝刚，王俊翔，徐佳俊，吴晓冬，赵秋璇，余俊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，中海油研究总院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京,11