一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置，包括钻进模拟系统、钻屑与瓦斯供给系统、泥浆保压循环控制系统，钻进模拟系统用于模拟煤岩颗粒在不同泥浆与压力下的运移规律，钻屑与瓦斯供给系统包括煤屑供应装置和气体供应装置，煤屑供应装置用于给钻进模拟系统的钻孔内供应煤岩颗粒，气体供应装置用于模拟孔壁向钻进模拟系统的钻孔内涌入瓦斯，泥浆保压循环控制系统用于向钻进模拟系统的钻孔内提供高压泥浆、调节孔内压力以及回收循环利用泥浆。本装置结合了井下顺煤层保压钻孔技术特征，可用于研究环空压力等多因素对钻孔内钻屑运移与环空压降的影响，以及煤层井下钻孔、地面油气钻井水平或近水平段钻屑运移及影响因素模拟试验研究。响因素模拟试验研究。响因素模拟试验研究。

【技术实现步骤摘要】
一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置


[0001]本技术涉及煤层钻孔钻屑运移模拟研究
，具体涉及一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置。

技术介绍

[0002]钻孔抽采是现有煤矿瓦斯治理的主要技术手段，在煤与瓦斯突出和瓦斯超限防治过程中具有重要地位，常用的钻孔抽采技术可分为穿层钻孔和顺层钻孔抽采两种方式。与穿层钻孔相比，顺层钻孔具有速度快，抽采效果好，成本低等优势，是目前高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井优先选用的技术措施。然而，在构造影响区或松软煤层内进行顺层钻孔作业时，打破了孔周煤体的应力平衡状态，孔周煤体向钻孔内部移动，导致钻孔不稳定，与此同时，在施钻过程中煤屑颗粒在重力作用下沉降、堆积形成颗粒床，煤屑运移不畅将导致钻进困难、卡钻、孔壁失稳坍塌、顶钻甚至喷孔等动力现象，且在退钻过程中钻具也难以回撤，成孔率较低，导致在构造影响区内难以进行顺煤层钻孔施工。因此，研究煤屑颗粒运移规律是保证钻孔稳定以及后续煤层气顺利开采的基础。
[0003]在油气钻井领域，采用理论分析、数值模拟、实验室试验以及现场观测等技术手段对井段井眼清洁的问题开展了一系列的研究并取得了相应的成果。其中室内模拟试验是一种直观、可控、可重复性强的研究手段，得到诸多研究工作者的青睐，但是目前孔内钻屑运移试验模拟研究主要基于地表油气钻井施工作业进行展开，极少关注煤矿井下水平或缓斜煤层长距离钻孔施工钻屑的运移特征。而本申请的专利技术人经过研究发现，目前采用的钻屑模拟试验多采用将钻井液与钻屑混合后，注入钻孔模拟段，难以真实的反应井下破岩钻进的过程；多数模拟试验无法模拟钻孔内钻杆自转以及钻杆偏心对环空煤屑运移的影响规律；针对井下保压钻孔施工，未考虑井下钻孔中煤层保压钻进的影响，以及高瓦斯煤层钻孔过程中瓦斯涌出对流场的扰动。模拟试验条件较为单一，难以应对井下煤层保压钻进的复杂条件。
[0004]基于以上原因，如何创新地结合井下顺煤层保压钻孔技术特征，设计一种能广泛应用的，能综合考虑环空压力、泥浆性能、钻进速度、钻屑尺寸与级配比、钻杆转速、瓦斯涌出等对钻孔内钻屑运移与环空压降的钻进模拟装置，以期为井下保压钻孔工艺提供参考，成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的技术问题，本技术提供一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置。
[0006]为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置，包括钻进模拟系统、钻屑与瓦斯供给系统、泥浆保压循环控制系统；其中，
[0008]所述钻进模拟系统用于模拟煤岩颗粒在不同泥浆与压力下的运移规律，所述钻进
模拟系统包括第一可视化窗口、第二可视化窗口和第三可视化窗口，所述第一可视化窗口和第二可视化窗口之间通过法兰固定连接有第一段钻孔外壁，所述第二可视化窗口和第三可视化窗口之间通过法兰固定连接有第二段钻孔外壁，所述第三可视化窗口的孔口处通过法兰固定连接有孔口段钻孔外壁，所述第一可视化窗口至第二段钻孔外壁的管路上通过钻孔安设有若干取样口和进气口，所述取样口上设有取样开关，所述进气口采用单向阀，所述第一段钻孔外壁至孔口段钻孔外壁的管路上通孔钻孔安设有若干泥浆压力表；相互连通的第一段、第二段和孔口段钻孔外壁内间隙设有多段固定连接的中空钻杆，位于第一段钻孔外壁内的中空钻杆左端固定连接有一圆锥形钻头，所述圆锥形钻头的圆锥斜面上等分布置有多个泥浆出孔，并且位于第一段钻孔外壁内的中空钻杆左端底部通过支撑固定并保持预定的偏心度，中空钻杆右端由孔口段钻孔外壁内延伸至孔外，所述孔口段钻孔外壁的钻孔外端部通过填料密封装置进行密封，延伸至孔外的中穿钻杆穿过蜗轮蜗杆减速机通过旋转接头与端头连接管相连，所述端头连接管上安装有记录流入钻孔内泥浆流量的泥浆流量计；
[0009]所述钻屑与瓦斯供给系统包括煤屑供应装置和气体供应装置，所述煤屑供应装置用于给钻孔内供应煤岩颗粒并具体包括电动液压站、高压输油管、液压千斤顶、支架、活塞杆和岩仓，所述电动液压站通过高压输油管与液压千斤顶连接，所述液压千斤顶通过可旋转的固定底座安装在支架的左端，所述液压千斤顶的柱塞前端与活塞杆的左端铰接，所述岩仓的左端通过相连接的密封盖安装在支架右端外侧，所述密封盖通过螺栓与支架右端内侧的密封头连接固定在支架上，所述活塞杆的右端可穿过密封头和密封盖并插入岩仓内；所述气体供应装置用于模拟孔壁向孔内涌入瓦斯并具体包括氮气罐，所述氮气罐的出气口通过管路顺序连接有气瓶开关、减压阀、气体流量计、四通分流器和高压连接管，所述高压连接管的两端分别连接四通分流器的出口以及钻进模拟系统上的进气口；
[0010]所述泥浆保压循环控制系统用于向钻孔内提供高压泥浆、调节孔内压力以及回收循环利用泥浆，所述泥浆保压循环控制系统具体包括调压过滤罐、液相储集池和高压泥浆泵，所述调压过滤罐内从上往下安装有目数依次减小的上中下三层过滤网，所述下层过滤网下方的调压过滤罐体上设置有进液管，所述进液管通过高压连通管与孔口段钻孔外壁内部相连，所述调压过滤罐的下部设置有固相清理口，所述固相清理口旁侧的调压过滤罐上设置有排水阀，所述调压过滤罐顶端的法兰盘上连接有固定法兰，所述固定法兰上分别固定连接有调压管路和安全管路，所述调压管路的中段连接有调压阀，所述安全管路的出口端与调压阀后部的调压管路出口端相连接，所述安全管路上连接有一组安全阀和压力传感器，所述安全阀为电磁阀与电磁继电器相连受压力传感器控制，所述调压管路的出口端通过软管与液相储集池相连，所述液相储集池通过高压连通管与高压泥浆泵的进口端相连，所述高压泥浆泵的出口端通过高压连通管与端头连接管进口端相连。
[0011]进一步地，所述第一可视化窗口、第二可视化窗口和第三可视化窗口均包括钢化玻璃管，所述钢化玻璃管的两端外侧分别安装有连接法兰，所述钢化玻璃管两端的连接法兰上固定连接有承压杆。
[0012]进一步地，所述第一段钻孔外壁和第二段钻孔外壁均包括相互连接的前后两节钻孔外壁，前后两节钻孔外壁的两端分别焊接有用于组合连接不同管路的法兰盘。
[0013]进一步地，所述第一段钻孔外壁和第二段钻孔外壁的两节钻孔外壁管路上通过钻
孔安设有取样口。
[0014]进一步地，所述第一可视化窗口以及第一段钻孔外壁和第二段钻孔外壁的后节钻孔外壁管路上通过钻孔安设有进气口。
[0015]进一步地，所述第一段钻孔外壁的前后两节钻孔外壁、第二段钻孔外壁的后节钻孔外壁以及孔口段钻孔外壁的管路上通孔钻孔安设有泥浆压力表。
[0016]进一步地，所述中空钻杆共分为三段，每段中空钻杆的左端设有内螺纹，每段中空钻杆的右端设有与内螺纹配合连接的外螺纹。
[0017]进一步地，所述圆锥形钻头的圆锥斜面上等分布置有三个直径为5mm的泥浆出孔。
[0018]进一步地，所述液压千斤顶的柱塞前端采用可旋转的连接装置与活塞杆的左端铰接。
[0019]与现有技术相比，本技术提供的新型钻孔环空多相流模拟试验装置具有以下优点：
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型钻孔环空多相流模拟试验装置，其特征在于，包括钻进模拟系统、钻屑与瓦斯供给系统、泥浆保压循环控制系统；其中，所述钻进模拟系统用于模拟煤岩颗粒在不同泥浆与压力下的运移规律，所述钻进模拟系统包括第一可视化窗口、第二可视化窗口和第三可视化窗口，所述第一可视化窗口和第二可视化窗口之间通过法兰固定连接有第一段钻孔外壁，所述第二可视化窗口和第三可视化窗口之间通过法兰固定连接有第二段钻孔外壁，所述第三可视化窗口的孔口处通过法兰固定连接有孔口段钻孔外壁，所述第一可视化窗口至第二段钻孔外壁的管路上通过钻孔安设有若干取样口和进气口，所述取样口上设有取样开关，所述进气口采用单向阀，所述第一段钻孔外壁至孔口段钻孔外壁的管路上通孔钻孔安设有若干泥浆压力表；相互连通的第一段、第二段和孔口段钻孔外壁内间隙设有多段固定连接的中空钻杆，位于第一段钻孔外壁内的中空钻杆左端固定连接有一圆锥形钻头，所述圆锥形钻头的圆锥斜面上等分布置有多个泥浆出孔，并且位于第一段钻孔外壁内的中空钻杆左端底部通过支撑固定并保持预定的偏心度，中空钻杆右端由孔口段钻孔外壁内延伸至孔外，所述孔口段钻孔外壁的钻孔外端部通过填料密封装置进行密封，延伸至孔外的中穿钻杆穿过蜗轮蜗杆减速机通过旋转接头与端头连接管相连，所述端头连接管上安装有记录流入钻孔内泥浆流量的泥浆流量计；所述钻屑与瓦斯供给系统包括煤屑供应装置和气体供应装置，所述煤屑供应装置用于给钻孔内供应煤岩颗粒并具体包括电动液压站、高压输油管、液压千斤顶、支架、活塞杆和岩仓，所述电动液压站通过高压输油管与液压千斤顶连接，所述液压千斤顶通过可旋转的固定底座安装在支架的左端，所述液压千斤顶的柱塞前端与活塞杆的左端铰接，所述岩仓的左端通过相连接的密封盖安装在支架右端外侧，所述密封盖通过螺栓与支架右端内侧的密封头连接固定在支架上，所述活塞杆的右端可穿过密封头和密封盖并插入岩仓内；所述气体供应装置用于模拟孔壁向孔内涌入瓦斯并具体包括氮气罐，所述氮气罐的出气口通过管路顺序连接有气瓶开关、减压阀、气体流量计、四通分流器和高压连接管，所述高压连接管的两端分别连接四通分流器的出口以及钻进模拟系统上的进气口；所述泥浆保压循环控制系统用于向钻孔内提供高压泥浆、调节孔内压力以及回收循环利用泥浆，所述泥浆保压循环控制系统具体包括调压过滤罐、液相储集池和高压泥浆泵，所述调压过滤罐内从上往下安装有目数依次减小的上中...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建新，孔令锐，袁芳，李霜，李伟，王潇，鲁思佳，林圆，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：