本发明专利技术公开了一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，包括模拟水平段钻井本体、轴向振动总成、载荷加载总成、测量总成、循环总成和支撑架，模拟水平段钻井本体包括模拟井筒和模拟钻杆。模拟井筒内部设置模拟钻杆，模拟钻杆上设置轴向振动总成，轴向振动总成用于模拟水力振荡器的振动过程，模拟钻杆的最右端设置载荷加载总成，模拟钻杆的左端和右端设置测量总成。模拟井筒的下方设置支撑架，支撑架与地面接触，用于支撑整个实验装置。本发明专利技术可用于研究轴向振动工具对于钻杆的减阻机理以及不同的钻井液排量等因素对减阻效果的影响规律等问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置
[0001]本专利技术涉及一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，属于水平段石油钻井管柱力学领域。
技术介绍
[0002]随着浅层赋存较好的油气资源逐渐枯竭以及人们对油气资源的需求不断增加，使得石油钻井逐渐向水平井、大位移井方向发展。但此类井眼轨迹复杂，钻杆在钻进过程中受到的摩阻过大是勘探开发的一个关键性问题。当钻杆在水平井滑动钻进时，摩阻问题尤为突出，甚至由于摩擦阻力过大会导致钻杆出现托压、粘卡等现象。严重制约了水平井、大位移井的发展。
[0003]针对钻杆与井壁之间的摩阻过大而导致的托压问题，目前国内外主要存在三种解决方法：一是在钻井液中加入润滑剂；二是在钻杆上加减摩装置；三是使用井下振动减阻工具，如水力振荡器等。第一种方法简单有效，但是成本很昂贵；第二种方法受泥沙等因素影响很大，性能难以预测。因此，两种方法都不能从根本上解决问题。
[0004]现场的应用表明，水力振荡器的轴向振动可以将钻杆与井壁之间的静摩擦力转变或部分转变为动摩擦力，降低钻杆与井壁之间的摩擦系数，进而解决由于钻杆与井壁之间摩阻过大而导致的托压问题。但是对于水力振荡器的研究和应用还存在以下问题：(1)大部分研究集中在水力振荡器的工作参数(幅值、频率、安放位置)对减阻效果的影响，对钻井液排量、粘度等其他相关参数研究较少；(2)实际应用中，如何调整各参数使得减阻效果达到最佳并没有一致性的结论；(3)事实上，摩阻还与井壁、钻杆尺寸以及钻杆材料等参数有关，但是并未引起足够重视。
[0005]针对以上问题，本专利技术参照实际钻井工况，按一定缩小比例建立了一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，本实验装置不但可以更换不同尺寸、材料的模拟井筒、钻杆，而且将钻井液纳入了实验范围，还可以通过设计正交实验等方式得到减阻效果最佳的参数组合。本专利技术可以科学地指导钻井时水力振荡器的参数调整，对于提高水平井、大位移井的钻井速度，降低钻井成本，具有重大现实意义。
技术实现思路
[0006]为了克服现阶段上述已有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，研究轴向振动工具对于钻杆的减阻机理以及不同的幅值、频率、安放位置和钻井液排量等因素对减阻效果的影响规律，对该技术在现场的应用提供理论依据和指导。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的，一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，包括模拟水平段钻井本体、轴向振动总成、载荷加载总成、测量总成、循环总成和支撑架，所述模拟水平段钻井本体包括模拟井筒和模拟钻杆。所述模拟井筒内部设置模拟钻杆，所述模拟钻杆上设置所述轴向振动总成，所述轴向振动总成用于模拟水力振荡器的振动过程，所述模拟
钻杆的最右端设置所述载荷加载总成，所述模拟钻杆的左端和右端设置所述测量总成。所述载荷加载总成用于实现模拟钻压的加载过程，所述测量总成用于实时测量轴向载荷的变化情况。所述模拟井筒左端设置所述循环总成，所述循环总成用于模拟钻井液的流动过程。所述模拟井筒的下方设置所述支撑架，所述支撑架与地面接触，用于支撑整个实验装置。
[0008]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述循环总成包括可调节流量泵、钻井液储液罐、进水口、出水口、流量计、软管、变径接头、第一密封胶泥、第二密封胶泥，所述可调节流量泵通过所述软管、流量计和变径接头与所述模拟井筒左端连接，所述第一密封胶泥和第二密封胶泥分别置于所述模拟井筒两端，所述模拟井筒左端开口处与所述软管和模拟钻杆的环空部分由所述第二密封胶泥密封，所述模拟井筒右端开口处除所述胶泥孔外的所述模拟井筒和模拟钻杆的环空部分由所述第一密封胶泥密封，所述钻井液从所述模拟井筒左端流入，从右端所述胶泥孔流出。
[0009]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述轴向振动总成包括第一弹性总成、第二弹性总成、击打总成和动力总成；所述第一弹性总成和第二弹性总成完全相同，包括套筒、圆柱和弹簧，所述第一弹性总成设置在模拟井筒右端，所述第二弹性总成设置在模拟井筒左端。
[0010]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述击打总成包括挡板、击打套筒、连杆、凸轮、击打套筒限位、带孔销轴和地脚螺栓；所述挡板有两个受力面，所述击打套筒有两个击打面，所述击打套筒限位套设在所述模拟钻杆上且与所述模拟钻杆同心，所述击打套筒限位底端由所述地脚螺栓固定，所述击打套筒套设在所述击打套筒限位上，所述连杆与凸轮通过所述带孔销轴相连。
[0011]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述动力总成包括可调速电机、电机轴和电机架；所述电机架由多根角钢通过螺栓连接而成，所述可调速电机设置在所述电机架上，所述电机轴和所述凸轮相连。
[0012]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述测量总成包括第一称重传感器、第二称重传感器、第一限位、第二限位、智能数字显示仪表和称重传感器仪表和第二固定板，所述第一限位和第二限位设置螺纹分别连接在第一称重传感器和第二称重传感器中心，所述第一称重传感器通过所述第一限位和第一弹性总成设置于模拟钻杆右端，所述第二称重传感器通过所述第二限位和第二弹性总成设置于模拟钻杆左端，所述智能数字显示仪表与所述第二称重传感器相连，所述称重传感器仪表与所述第一称重传感器相连，所述第二称重传感器固定在所述第二固定板上。
[0013]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述载荷加载总成包括转轮、丝杠、升降器本体、升降器连接板、法兰盘、长方形垫片、圆形垫片、紧固螺栓和第一固定板；所述升降器连接板左端与第一称重传感器相连，右端与所述法兰盘通过所述紧固螺栓、长方形垫片、圆形垫片相连，所述法兰盘与所述丝杠连接并与所述升降器本体固定在所述第一固定板上。
[0014]在本专利技术的一较佳实施方式中，所述支撑架包括角钢架、PC板和井筒卡箍；所述角钢架由多根角钢搭设而成，所述角钢架由螺栓固定，所述第一固定板和第二固定板固定在所述角钢架上，所述井筒卡箍套设在所述模拟井筒上，所述井筒卡箍底端固定在PC板上，所述PC板与角钢架连接在一起。
[0015]由上所述，本专利技术提供的水平段钻井轴向振动减阻实验装置有如下有益效果：
[0016](1)在钻井液存在的前提下，探究钻井液排量、轴向载荷大小以及水力振荡器振动
的幅值、频率、安放位置等因素对钻杆井筒之间摩阻的影响规律，通过此影响规律可以更加科学地指导真实钻井时水力振荡器的数调整，在保证安全的前提下，更加有效地降低摩阻；
[0017](2)考虑了钻井液对钻杆摩阻的影响，钻井液的排量、粘度、种类都可以根据需要来进行调整和更换；
[0018](3)本专利技术的水平段钻井轴向振动减阻实验装置，是参照实际钻井工况并且按照一定缩小比例所建立的模型，模型轻便，便于拆装，可以更加科学地模拟、观察和操作水平段钻井的过程；
[0019](4)实验过程中，轴向载荷的实时变化数据可以通过相关软件进行处理；
[0020](5)水力振荡器的模拟更加贴合实际，振动可以加在钻杆轴线上而不产生额外弯矩；
[0021](6)可以更换不同尺寸的模拟井筒和模拟钻杆，实现模拟不同的钻井本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水平段钻井轴向振动减阻实验装置，其特征在于：包括模拟水平段钻井本体、轴向振动总成、载荷加载总成、测量总成、循环总成和支撑架，所述模拟水平段钻井本体包括模拟井筒和模拟钻杆；所述模拟井筒内部设置模拟钻杆，所述模拟钻杆上设置所述轴向振动总成，所述轴向振动总成用于模拟水力振荡器的振动过程，所述模拟钻杆的最右端设置所述载荷加载总成，所述模拟钻杆的左端和右端设置所述测量总成；所述载荷加载总成用于实现模拟钻压的加载过程，所述测量总成用于实时测量轴向载荷的变化情况；所述模拟井筒左端设置所述循环总成，所述循环总成用于模拟钻井液的流动过程；所述模拟井筒的下方设置所述支撑架，所述支撑架与地面接触，用于支撑整个实验装置。2.如权利要求1所述的水平段钻井轴向振动减阻实验装置，其特征在于：所述循环总成包括可调节流量泵、钻井液储液罐、进水口、出水口、流量计、软管、变径接头、第一密封胶泥、第二密封胶泥，所述可调节流量泵通过所述软管、流量计和变径接头与所述模拟井筒左端连接，所述第一密封胶泥和第二密封胶泥分别置于所述模拟井筒两端，所述模拟井筒左端开口处与所述软管和模拟钻杆的环空部分由所述第二密封胶泥密封，所述模拟井筒右端开口处除所述胶泥孔外的所述模拟井筒和模拟钻杆的环空部分由所述第一密封胶泥密封，所述钻井液从所述模拟井筒左端流入，从右端所述胶泥孔流出。3.如权利要求1所述的水平段钻井轴向振动减阻实验装置，其特征在于：所述轴向振动总成包括第一弹性总成、第二弹性总成、击打总成和动力总成；所述第一弹性总成和第二弹性总成完全相同，包括套筒、圆柱和弹簧，所述第一弹性总成设置在模拟井筒右端，所述第二弹性总成设置在模拟井筒左端。4.如权利要求3所述的水平段钻井轴向振动减阻实验装置，其特征在于:所述击打总成包括挡板、击打套筒、连杆、凸轮、击打套筒限位、带孔销轴和地脚螺栓；所述挡板有两个受力面，所述击打套筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：查春青，尹传忠，王宁华，陶文超，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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