用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，包括安装架，该安装架上设置有模拟井筒和模拟钻柱，还包括钻井液循环系统、驱动装置、起升装置、加砂装置和供气装置，驱动装置用于驱动模拟钻柱沿模拟井筒长度方向移动和/或驱动模拟钻柱转动，起升装置用于将安装架靠近模拟井筒的一端倾斜提升；加砂装置用于在实验时向钻井液冲加砂，供气装置用于在实验时向模拟井筒或模拟钻柱内充气。可充分模拟充气钻井全井况、全尺寸井下环空动态情况，有效反应钻井液参数、井眼尺寸、井斜角、机械钻速等因素对冲砂及携岩效果的影响，同时还可对固相移动速度及浓度进行实时测量分析，为现场钻井生产提供重要的理论支撑。

An Experimental System for Comprehensive Simulation of Dynamic Cycle in Aerated Drilling

【技术实现步骤摘要】
用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统
本技术属于钻井模拟
，具体涉及一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统。
技术介绍
钻井过程中环空钻井液与岩屑的参数关系，井底冲砂及岩屑返出状况都是影响钻进速度的重要因素，钻井液的性能又是直接的关键因子，特别是在充气钻井中，钻井液的性能参数如密度、粘度等是由液体和充气量共同决定的，故更难把控井底及环空的岩屑动态，不清楚井眼的净化程度，在实际钻井过程中，存在较大的未知风险，现有技术中，也有一些单独模拟岩屑运移的设备，但基本都属于静态模拟，且研究对象单一，难以模拟实际钻井循环过程中复杂井底状况，其实验模拟结果只具片面性，可靠性较低，不能为实际钻井提供可靠有效的综合性钻井数据支撑。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本技术提供了一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，实现多尺寸、多流态、多角度充气钻井循环过程中，钻井冲砂、携岩、环空返速等参数的综合模拟，为实际钻井提供可靠数据支撑。为实现上述目的，本技术技术方案如下：一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，包括安装架，该安装架上具有沿其长度方向依次设置的模拟井筒和模拟钻柱，其关键在于：还包括：钻井液循环系统，用于向模拟井筒和模拟钻柱供给钻井液和进行钻井液的处理；驱动装置，用于驱动模拟钻柱沿模拟井筒长度方向移动和/或驱动模拟钻柱转动；起升装置，用于提升安装架的一端，使模拟井筒和模拟钻柱相对于水平面倾斜；加砂装置，其与钻井液循环系统相连，用于在实验时向钻井液中加砂；供气装置，其用于在实验时向模拟井筒或模拟钻柱内充气。采用以上方案，通过起升装置和驱动装置可充分模拟钻井过程的各种循环工况，实现全工况的动态模拟，再通过供气装置向环空内充气以改变钻井液密度，而通过加砂装置则朝钻井液中加入实验对象，直观观察井底冲砂，以及砂屑移动情况速度，实现气液，及固液气多相钻井的实际模拟，具有更良好的可靠性。作为优选：所述驱动装置包括传动箱，该传动箱上设有轴向驱动电机和旋转驱动电机，传动箱内具有由轴向驱动电机驱动的齿轮，安装架上在传动箱的两侧对称设有齿条，所述齿轮与齿条啮合，所述旋转驱动电机沿安装架长度方向设置，其电机轴通过水龙头与模拟钻柱固定连接。采用以上结构，简化传动结构，确保钻柱在旋转时可以同时进行轴向移动，且两种运动互不干涉，能更好的模拟实际钻井场景，即正划眼、倒划眼等过程中循环动态，乃至起下钻过程钻井液激荡对井底岩屑的影响。作为优选：所述起升装置包括起升塔架，该起升塔架从下至上依次设有卷扬电机、卷扬筒和定滑轮，并配置有钢绳，所述钢绳与安装架的后端相连。通过简单的结构实现安装架的倾斜抬升，以模拟井斜角0～90°变化时，环空井眼情况。作为优选：所述安装架底部具有至少两个沿宽度方向设置的支撑辊，所述支撑辊的两端套装有滚轮。采用以上方案，可使安装架在起升或下降过程中通过滚轮的滚动更省力轻松，噪音振动更小，提高设备操作人性化。作为优选：所述起升塔架两侧对称设置有滑槽，所述滑槽沿起升塔架的高度方向设置，其中一个所述支撑辊位于安装架的后端，该支撑辊两端的滚轮嵌入正对的滑槽中。采用以上方案，可使安装架在升降过程中更平稳，防止左右晃动，提高整体安全系数及实验结果的精确度。作为优选：所述钻井液循环系统包括进液管，以及相互连接的泥浆泵和泥浆罐，所述泥浆泵的出口端与进液管连通，所述进液管连接有钻柱进液管、环空进液管和旁通管；所述钻柱进液管与模拟钻柱的顶端连通，环空进液管与模拟井筒的底端连通，所述模拟井筒的顶端设有回流管，该回流管上设有振动筛，所述振动筛与泥浆罐相连，所述旁通管通过三通阀与回流管相连。采用以上方案，合理设置管线，防止模拟过程中井筒出现憋压，提高安全系数，同时确保钻井具有良好的钻井液循环系统，通过振动筛可快速回收返出砂砾进行数据记录。作为优选：所述供气装置包括空压机、储气罐和干燥器，所述干燥器通过管线与环空进液管相连。采用以上方案，将压缩气体进行干燥之后再送入环空，有利于确保气体流量的准确度，从而提高实验结构的可靠性。作为优选：所述钻井液循环系统还包括砂泵和备用进液管，所述砂泵的进口端与泥浆罐相连，出口端同时与进液管和备用进液管连通，所述备用进液管与进液管并联设置，并同时与钻柱进液管、环空进液管和旁通管相连，所述泥浆泵的出口端同时还与备用进液管相连。采用以上方案，有利于保证实验系统工作稳定性，防止管线损坏，导致实验终止。为便于快速对环空返出的液体进行快速处理分离，提高实验效率，以及岩屑的环保回收，所述回流管上设有固液分离器。作为优选：还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括控制柜，所述安装架上对应模拟井筒的位置沿其长度方向均匀分布有高清摄像头，模拟井筒的两端设有与其连通的差压计，模拟井筒的出口端设置有密度计，模拟井筒的一侧设有超声多普勒流量计，所述高清摄像头、差压计及超声多普勒流量计均与控制柜相连。采用以上结构，通过在控制柜中设置采集模块，而设备上设置相应传感器或计量器等，进行实时记录，有利于降低实验操作难度，且提高实验效率，便于进行多次重复实验，提高结果精确度。与现有技术相比，本技术的有益效果是：采用本技术提供的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，可充分模拟充气钻井全井况、全尺寸井下环空的循环动态情况，有效反应钻井液参数、井眼尺寸、井斜角、机械钻速等因素对冲砂及携岩效果的影响，同时还可对固相移动速度及浓度进行实时测量分析，可为现场钻井生产提供重要的理论支撑。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1所示实施例中安装架的结构示意图；图3为起升装置与安装架相对位置示意图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本技术作进一步说明。参考图1至图3，本技术的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统主要包括安装架1、钻井液循环系统2、驱动装置4、起升装置5、加砂装置6和供气装置7，其中安装架1上沿其长度方向依次设置的模拟井筒10和模拟钻柱11，且模拟井筒10和模拟钻柱11同轴设置，模拟钻柱11的外径比模拟井筒10的内径小，其前端伸入模拟井筒10中，且在模拟井筒10的端部设置有相应的密封结构。模拟井筒10为有机玻璃管，具有透明和高强度的特性，驱动装置4用于驱动模拟钻柱11做旋转运动和/或轴向运动，两种运动可同时进行，也可单独进行，钻井液循环系统2主要包括钻井液处理设备和相应的连接管汇，通过管汇将钻井液处理设备与模拟钻柱11和模拟井筒10连接，从而构建相对真实的钻井泥浆循环工况，本实施例中的加砂装置6主要用于在实验时向钻井液中加入砂石，以模拟井底岩屑，作为主要的观察参考对象，而供气装置7则用于在实验时向钻井液中充入气体，改变钻井液性能，以能够更好的进行充气钻井模拟实验，起升装置5位于安装架1的一端，其主要用于将安装架1的一端倾斜向上提升，从而改变其与水平面夹角，模拟钻井实际井斜角从0°～90°的变化工况，满足现场生产需求。具体如图所示，模拟井筒10通过井筒支撑板17支撑在安装架1上(其一端为模拟井底，另一端为模拟井口，而模拟井底端靠近安装架1的端部)，且模拟井筒10与井筒支撑板17之间可拆卸连接，甚至可通过多段短筒通过法兰连接形成，这样多段式的连接，也便于在实验时，加装偏心块，以方便进行偏心钻井的模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，包括安装架(1)，该安装架(1)上具有沿其长度方向依次设置的模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)，其特征在于：还包括：钻井液循环系统(2)，用于向模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)供给钻井液和进行钻井液的处理；驱动装置(4)，用于驱动模拟钻柱(11)沿模拟井筒(10)长度方向移动和/或驱动模拟钻柱(11)转动；起升装置(5)，用于提升安装架(1)的一端，使模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)相对于水平面倾斜；加砂装置(6)，其与钻井液循环系统(2)相连，用于在实验时向钻井液中加砂；供气装置(7)，其用于在实验时向模拟井筒(10)或模拟钻柱(11)内充气。

【技术特征摘要】
1.一种用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，包括安装架(1)，该安装架(1)上具有沿其长度方向依次设置的模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)，其特征在于：还包括：钻井液循环系统(2)，用于向模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)供给钻井液和进行钻井液的处理；驱动装置(4)，用于驱动模拟钻柱(11)沿模拟井筒(10)长度方向移动和/或驱动模拟钻柱(11)转动；起升装置(5)，用于提升安装架(1)的一端，使模拟井筒(10)和模拟钻柱(11)相对于水平面倾斜；加砂装置(6)，其与钻井液循环系统(2)相连，用于在实验时向钻井液中加砂；供气装置(7)，其用于在实验时向模拟井筒(10)或模拟钻柱(11)内充气。2.根据权利要求1所述的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，其特征在于：所述驱动装置(4)包括传动箱(40)，该传动箱(40)上设有轴向驱动电机(41)和旋转驱动电机(42)，传动箱(40)内具有由轴向驱动电机(41)驱动的齿轮，安装架(1)上在传动箱(40)的两侧对称设有齿条(12)，所述齿轮与齿条(12)啮合，所述旋转驱动电机(42)沿安装架(1)长度方向设置，其电机轴通过水龙头(13)与模拟钻柱(11)固定连接。3.根据权利要求1或2所述的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，其特征在于：所述起升装置(5)包括起升塔架(50)，该起升塔架(50)从下至上依次设有卷扬电机(51)、卷扬筒(52)和定滑轮(53)，并配置有钢绳(54)，所述钢绳(54)与安装架(1)的后端相连。4.根据权利要求3所述的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，其特征在于：所述安装架(1)底部具有至少两个沿宽度方向设置的支撑辊(14)，所述支撑辊(14)的两端套装有滚轮(140)。5.根据权利要求4所述的用于综合模拟充气钻井动态循环的实验系统，其特征在于：所述起升塔架(50)两侧对称设置有滑槽(500)，所述滑槽(500)沿起升塔架(50)的高度方向设置，其中一个所述支撑辊(14)位于安装架(1)的后端，该支撑辊(14)两端的滚轮(140)嵌入正对的滑槽(50...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓乐，罗羽熙，李猛，刘继林，龙芝辉，任志平，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：新型
国别省市：重庆,50