井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置及实验方法，试验架顶部中心固定有提升装置，提升装置的下端悬吊有顶驱装置，顶驱装置的下端连接有钻杆，钻杆的下端旋接有脉冲发生工具和PDC钻头，PDC钻头的下方设有透明回流槽，透明回流槽的排水口通过排水管及排水阀与振动筛相连，振动筛固定在泥浆罐的上方；泥浆泵的入口管道插入泥浆罐的下部，泥浆泵的出口连接有高压管汇，高压管汇的出口与顶驱装置的进水口相连。PDC钻头的下方设有岩样，岩样固定在透明回流槽中。先进行钻井模式实验，后进行井底流场特性测试模式实验，评价脉冲发生工具的性能。本发明专利技术通过实验获得不同参数下脉冲射流辅助破岩效果，利于结构优选，提高钻进速度。提高钻进速度。提高钻进速度。

【技术实现步骤摘要】
井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置及实验方法


[0001]本专利技术涉及一种石油行业的实验装置，特别涉及一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置；本专利技术还涉及一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验方法，属于石油钻井实验设备


技术介绍

[0002]脉冲射流钻井技术能够有效利用井底水力能量，提高井底流体的清岩和辅助破岩效率，从而提高机械钻速。在深井、超深井等复杂地层，其降本增效的作用更加突出，意义更加重大。
[0003]脉冲射流发生工具是该技术的核心。公开号为CN105370213B的中国专利技术专利公开了一种井下脉冲射流钻头装置，该工具通过叶轮将钻井液的水力能量转化为动阀盘转动的机械能。进而通过动阀盘上水孔与静阀盘上水孔重合或错开，将连续的钻井液流调制为非连续的脉冲射流作用于井底。由于直接将脉冲射流发生部分的结构直接设计在钻头中，脉冲射流直接通过水眼作用于井底，该工具可大大的减少脉冲能量沿程损失，强化井底脉冲强度，辅助破岩效果更好，可更好的提高钻速，缩短建井周期，大大的降低建井成本。
[0004]目前尚未对该类脉冲射流发生器不同结构的适用情况及效果做出准确的评价，现场工作时浪费了大量的时间选择工具结构，并且容易出现结构选择不合理，影响钻井效率的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，能够模拟现场工作条件，通过钻进实验获得不同冲击参数下脉冲射流辅助破岩效果，进而进行结构参数的优选，找到适合现场作业的最优方案，提高钻进速度。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术的一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，包括试验架，所述试验架的顶部中心固定有提升装置，所述提升装置的下端悬吊有顶驱装置，所述顶驱装置的下端连接有钻杆，所述钻杆的下端旋接有脉冲发生工具，所述脉冲发生工具的下端旋接有PDC钻头，所述PDC钻头的下方设有透明回流槽，所述透明回流槽的排水口通过排水管及排水阀与振动筛相连，所述振动筛固定在泥浆罐的上方；泥浆泵的入口管道插入所述泥浆罐的下部，所述泥浆泵的出口连接有高压管汇，所述高压管汇的出口与所述顶驱装置的进水口相连。
[0007]相对于现有技术，本专利技术取得了以下有益效果：1、提升装置承受整个钻具的重量，且可以使钻具上下移动，使钻具在钻进状态或测试状态进行切换。钻进状态时，PDC钻头抵靠在岩样上钻进；井底流场特性测试时，PDC钻头贴近透明回流槽的底部。在室内多方位真实模拟钻具在井下的工作状态。2、实验时，先打开泥浆泵，再启动顶驱装置，泥浆罐中的钻井液被泥浆泵抽出，通过高压管汇进入顶驱装置的进水口，为交变流场发生工具的结构优
选实验提供钻井液，钻井液沿钻杆的中心孔道进入脉冲发生工具，脉冲发生工具产生脉冲射流从PDC钻头的水眼喷出，顶驱装置驱动钻杆、脉冲发生工具及PDC钻头转动，模拟井下的钻进过程。回液系统负责回收循环实验完后的钻井液，落入透明回流槽的钻井液通过排水管及排水阀进入振动筛筛分，清洁的钻井液流回泥浆罐中，如此实现钻井液的循环。3、通过透明回流槽可以直接观察PDC钻头及脉冲射流的状态。在实验室便于拆卸脉冲发生工具，改变其内部结构或参数，从而通过钻进实验获得不同冲击参数下脉冲射流辅助破岩效果，进而确定脉冲发生工具的最佳结构及最佳参数，从而提高钻进速度。
[0008]作为本专利技术的改进，所述PDC钻头的下方设有岩样，所述岩样的侧壁通过夹持装置固定在所述透明回流槽中。可以直接模拟PDC钻头在井底钻进时的工作状态并进行评价。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述顶驱装置的两侧对称连接有顶驱支撑臂，所述顶驱支撑臂的外端头套装在所述试验架的立柱上且可上下滑动；所述钻杆的上下两端分别设有扶正抱箍，所述扶正抱箍分别通过钻杆支撑臂固定在所述试验架的立柱上。顶驱支撑臂可以阻止顶驱装置转动，提升装置作提升或下降动作时，顶驱支撑臂的外端头在试验架立柱上下浮动，使顶驱装置及钻具可以改变高度。扶正抱箍套装在钻杆的上下两端，使钻杆保持在竖直状态，但是不妨碍钻杆的转动。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述泥浆泵的入口管道上安装有上水阀；所述高压管汇上连接有分流管，所述分流管上安装有分流阀，所述分流管的出口与所述泥浆罐相连；所述分流管与所述顶驱装置的进水口之间设有流量计。上水阀可以控制泥浆泵的入口流量，打开分流阀，泥浆泵出口的高压钻井液通过分流管及分流阀回到泥浆罐，以便降低泥浆泵的启动负荷，逐渐关闭分流阀，观察流量计的读数及高压管汇上压力表的读数逐渐升高至设定值；通过调节分流阀的开度，可以很方便地调节钻压和排量。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述提升装置与所述顶驱装置之间设有拉力计，所述顶驱装置的顶部与所述试验架的顶部之间安装有位移传感器，所述透明回流槽的底部中心固定有高速摄像机，所述透明回流槽的底部支架通过重力传感器支撑在地面上，所述拉力计、位移传感器、重力传感器及高速摄像机的信号线接入数据采集终端。拉力计可以测试钻具受到的冲击力，通过冲击力测试获得射流冲击强度、冲击频率等参数。通过高速摄像机可以拍摄透明回流槽预铺设的沙子在射流冲击下的形态，评价井底流场特性。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述脉冲发生工具包括筒体，所述筒体的上端设有筒体进水口，所述筒体的下端设有筒体出水口，筒体的内腔中段设有与筒体共轴线的上轴，所述上轴的中部通过轴承支撑在轴承座中，所述轴承座的外周通过轴承座凸缘支撑在所述筒体的上台阶上，所述轴承座凸缘上均匀分布有多个透水孔，所述上轴的下端旋接在叶轮的中心孔上部，所述叶轮的中心孔下部旋接有下轴，所述下轴的下端固定在动阀盘的中心孔中，所述动阀盘覆盖在静阀盘上，所述静阀盘的下端面外周支撑在所述筒体的下台阶上，所述动阀盘及静阀盘上分别设有过流孔。高压钻井液穿过轴承座凸缘上的透水孔，高速流向叶轮，使叶轮绕上轴产生旋转，同时通过下轴驱动动阀盘在静阀盘上方产生旋转，动阀盘过流孔与静阀盘过流孔交变贯通或错开，将连续钻井液流调制为非连续的脉冲射流，从而在井底产生交变流场。更换脉冲发生工具中的叶轮、动阀盘或静阀盘，对不同叶片个数、不同内径或不同叶片螺距的叶轮进行试验，对不同开孔形状或开孔个数的动阀盘或静阀盘进行试验，对钻进效果进行评价，对脉冲发生工具结构参数的进行优选，从而找到适合现场工作
的最优方案。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述轴承座的底部封闭，所述轴承座的内腔安装有下轴承副，所述轴承座的上端设有上轴承副，所述上轴承副的上方设有上压板，所述上压板的上方设有锁紧螺母，所述锁紧螺母旋接在所述上轴上，所述下轴承副为向心球轴承，所述上轴承副为推力轴承。向心球轴承使上轴灵活旋转的同时，可以保证上轴与筒体共轴线且不会产生大的晃动；推力轴承可以将上轴悬吊的重量传递到轴承座上，且减少转动阻力；上压板和锁紧螺母起到轴向定位的作用。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述筒体进水口的筒壁外侧安装有进水压力传感器，所述筒体出水口的筒壁外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，包括试验架，其特征在于：所述试验架的顶部中心固定有提升装置，所述提升装置的下端悬吊有顶驱装置，所述顶驱装置的下端连接有钻杆，所述钻杆的下端旋接有脉冲发生工具，所述脉冲发生工具的下端旋接有PDC钻头，所述PDC钻头的下方设有透明回流槽，所述透明回流槽的排水口通过排水管及排水阀与振动筛相连，所述振动筛固定在泥浆罐的上方；泥浆泵的入口管道插入所述泥浆罐的下部，所述泥浆泵的出口连接有高压管汇，所述高压管汇的出口与所述顶驱装置的进水口相连。2.根据权利要求1所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述PDC钻头的下方设有岩样，所述岩样的侧壁通过夹持装置固定在所述透明回流槽中。3.根据权利要求1所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述顶驱装置的两侧对称连接有顶驱支撑臂，所述顶驱支撑臂的外端头套装在所述试验架的立柱上且可上下滑动；所述钻杆的上下两端分别设有扶正抱箍，所述扶正抱箍分别通过钻杆支撑臂固定在所述试验架的立柱上。4.根据权利要求1所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述泥浆泵的入口管道上安装有上水阀；所述高压管汇上连接有分流管，所述分流管上安装有分流阀，所述分流管的出口与所述泥浆罐相连；所述分流管与所述顶驱装置的进水口之间设有流量计。5.根据权利要求1所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述提升装置与所述顶驱装置之间设有拉力计，所述顶驱装置的顶部与所述试验架的顶部之间安装有位移传感器，所述透明回流槽的底部中心固定有高速摄像机，所述透明回流槽的底部支架通过重力传感器支撑在地面上，所述拉力计、位移传感器、重力传感器及高速摄像机的信号线接入数据采集终端。6.根据权利要求1所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述脉冲发生工具包括筒体，所述筒体的上端设有筒体进水口，所述筒体的下端设有筒体出水口，筒体的内腔中段设有与筒体共轴线的上轴，所述上轴的中部通过轴承支撑在轴承座中，所述轴承座的外周通过轴承座凸缘支撑在所述筒体的上台阶上，所述轴承座凸缘上均匀分布有多个透水孔，所述上轴的下端旋接在叶轮的中心孔上部，所述叶轮的中心孔下部旋接有下轴，所述下轴的下端固定在动阀盘的中心孔中，所述动阀盘覆盖在静阀盘上，所述静阀盘的下端面外周支撑在所述筒体的下台阶上，所述动阀盘及静阀盘上分别设有过流孔。7.根据权利要求6所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述轴承座的底部封闭，所述轴承座的内腔安装有下轴承副，所述轴承座的上端设有上轴承副，所述上轴承副的上方设有上压板，所述上压板的上方设有锁紧螺母，所述锁紧螺母旋接在所述上轴上，所述下轴承副为向心球轴承，所述上轴承副为推力轴承。8.根据权利要求6所述的井底交变流场发生工具结构优化室内实验装置，其特征在于：所述筒体进水口的筒壁外侧安装有进水压力传感器，所述筒体出水口的筒壁外侧安装有出水压力传感器，所述叶轮上安装有磁铁块，所述筒体的外壁安装有可感应磁铁块的计数器，所述进水压力传感器、出水压力传感器及计数器的信号线接入数据采集终端。9.一种井底交变流场发生工具结构优化室内实验方法，依次包括以下步骤：
S1、将脉冲发生工具固定在试验架上；S2、连接泥浆泵及其循环管汇；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小元，王委，邵冬冬，时益情，
申请(专利权)人：中石化华东石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：