本实用新型专利技术公开了一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置，包括模拟井筒、钻柱模型、升降组件、驱动装置；可对任意角度的井斜角的井身结构和具有接箍时的不同钻具组合进行模拟，通过钻压传感器、动态扭矩传感器和拉压力传感等对钻井参数进行测量，研究钻压、扭矩、井斜角等钻井参数的改变对钻柱摩阻扭矩测量的影响，以期准确地反映井下钻柱的运动情况和受力状态。本实用新型专利技术的有益效果是：模拟钻柱、模拟井筒、钻井液循环模拟真实情况下钻柱的转动，升降装置用于模拟不同的井斜角，通过驱动装置对转动的钻柱施加钻压和扭矩，用扭矩传感器监测钻柱与井壁附着泥饼和岩石之间的摩阻扭矩，以期模拟实际钻井过程并计算动态摩阻系数。算动态摩阻系数。算动态摩阻系数。
【技术实现步骤摘要】
评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置
[0001]本技术涉及一种摩阻扭矩的实验装置，具体为一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置，属于石油钻井实验装置
技术介绍
[0002]在长水平段水平井钻进过程中，钻柱在井内受到的摩阻扭矩大小及其工作状态决定了钻柱是否能够继续钻进。具体而言，钻柱在有限井眼空间内作业，井眼内充满了钻井液，同时承受着拉、压、弯、扭及内外钻井液压力等载荷作用，由于钻柱与井壁之间的、钻头与地层之间的作用、钻台上转盘以及井下动力钻具等因素的影响，使钻柱处于复杂的受力状态。
[0003]在水平井钻进进入到水平段后，为了获得较高的机械速度，通常采用旋转钻进的方式，钻柱在井眼的限制下，受到轴向压力和扭矩的作用极易发生屈曲，从而导致钻柱失稳变形。钻柱轴线偏离井眼中轴线，与井壁间的摩擦加剧，严重时将导致钻柱“自锁”于井中。因此，必须要深入地研究钻柱在井下钻进过程中的受力变化，尤其是摩阻扭矩大小变化，实时监测井下钻柱摩阻大小，准确了解钻柱在井下的实际工作状态，获得井下钻头真实钻压，才能安全、快速地进行长水平段水平井(大位移井)钻井。
[0004]一般而言，研究钻柱的摩阻扭矩时，包括理论和试验两种方法。
[0005]在实际钻井过程中，由于井身结构错综复杂，实测难度大，测量成本高，数据采集困难；理论分析假设条件较多，研究具有一定的难度和深度，致使目前国内外学者对钻柱摩阻扭矩问题的研究系统性较差，并不能完全而准确地反映出钻柱的动力学特性。
[0006]因此，室内测量钻柱摩阻扭矩模拟试验成为热点，但现有的室内试验装置只针对钻杆与钻井液泥饼之间摩阻扭矩研究，忽略了对钻进过程中钻头与岩石之间摩阻扭矩的研究，而钻杆与钻井液泥饼之间摩阻扭矩的试验装置只能说明一部分钻柱运动状态的问题，并不能完全体现钻柱在钻井作业时的运动情况，所得到的测量结果并不准确。
技术实现思路
[0007]本技术的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置。
[0008]本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置，包括
[0009]模拟井筒，其为环形岩心，模拟井筒安装在底座上，模拟井筒连通有钻井液循环装置；
[0010]钻柱模型，其设置在模拟井筒内，钻柱模型的钻柱采用不锈钢管；
[0011]升降组件，其用于带动模拟井筒转动并固定，以模拟不同井斜角，且其包括支架以及安装在支架底端一侧的绞车，绞车上缠绕的钢丝绳绕过支架顶端的定滑轮与驱动装置进行连接；
[0012]驱动装置，其用于为钻柱模型提供扭矩和转速，以模拟真实情况下的钻柱的转动过程，驱动装置的输出轴通过对接法兰与扭矩传感器连接并固定在底座上，扭矩传感器另一端通过对接法兰与进水杆柱连接，进水杆柱通过螺纹与钻柱模型连接，钻柱模型和模拟井筒动密封。
[0013]作为本技术再进一步的方案：钻井液循环装置包括设置有泥浆泵的泥浆池以及连通在泥浆池与模拟井筒之间的进液口管汇和出液口管汇，进液口管汇上安装有流量计。
[0014]作为本技术再进一步的方案：沿钻柱模型的圆柱体钻柱轴向粘贴有压力应变片，并沿钻柱模型的钻柱圆柱体轴向粘贴有扭矩应变片。
[0015]作为本技术再进一步的方案：扭矩传感器与外设的计算机进行信号传输连接，且计算机上安装有扭矩监测软件。
[0016]作为本技术再进一步的方案：模拟井筒的尾端底部安装有滑轮，且模拟井筒在升降组件的带动呈不同角度的倾斜状态。
[0017]本技术的有益效果是：模拟钻柱、模拟井筒、钻井液循环系统用于模拟真实情况下钻柱的转动，升降装置用于模拟不同的井斜角，通过驱动装置对转动的钻柱施加钻压和扭矩，并用扭矩传感器监测钻柱与井壁附着泥饼和岩石之间的摩阻扭矩，以期模拟实际钻井过程并计算动态摩阻系数。
附图说明
[0018]图1为本技术结构示意图。
[0019]图中：1、底座，2、绞车，3、钢丝绳，4、钻柱模型，5、模拟井筒，6、对接法兰，7、进水杆柱，8、压力应变片，9、扭矩应变片，10、驱动装置，11、滑轮，12、扭矩传感器，13、计算机，14、支架，15、泥浆池，16、流量计，17、进液口管汇，18、出液口管汇。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]实施例一
[0022]如图1所示，一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置，包括
[0023]模拟井筒5，其为环形岩心，由胶和岩心混合制成，以便附着泥饼，模拟井筒5安装在底座1上，模拟井筒5连通有钻井液循环装置；
[0024]钻柱模型4，其设置在模拟井筒5内，钻柱模型4的钻柱采用不锈钢管；
[0025]升降组件，其用于带动模拟井筒5在0～90
°
范围内转动并固定，以模拟不同井斜角，且其包括支架14以及安装在支架14底端一侧的绞车2，绞车2上缠绕的钢丝绳3绕过支架14顶端的定滑轮与驱动装置10进行连接；
[0026]驱动装置(所采用型号为AKM2G伺服电机)10，其用于为钻柱模型提供扭矩和转速，以模拟真实情况下的钻柱的转动过程，驱动装置10的输出轴通过对接法兰6与扭矩传感器
(所采用型号为ZH07
‑
F伺服电机扭矩传感器)12连接并固定在底座1上，扭矩传感器12另一端通过对接法兰6与进水杆柱7连接，进水杆柱7通过螺纹与钻柱模型4连接，钻柱模型4和模拟井筒5动密封。
[0027]实施例二
[0028]如图1所示，本实施例中除包括实施例一中的所有技术特征之外，还包括：
[0029]钻井液循环装置包括设置有泥浆泵的泥浆池15以及连通在泥浆池15与模拟井筒5之间的进液口管汇17和出液口管汇18，进液口管汇17上安装有流量计16，钻井液由泥浆泵送出，通过流量计16后进入钻柱模型4，然后沿钻柱模型4与模拟井筒5形成的环形空间上返，汇入泥浆池15，再由泥浆泵将钻井液泵入井内从而实现循环。
[0030]沿钻柱模型4的圆柱体钻柱轴向0
°
、90
°
粘贴有压力应变片8，并沿钻柱模型4的钻柱圆柱体轴向
±
45
°
粘贴有扭矩应变片9，钻柱模型与模拟井筒表面附着的钻井液泥饼接触并产生摩擦扭矩，钻柱在驱动电机的带动下可旋转破岩，钻柱运动过程中井底反作用力产生弯曲力矩，因此可通过测量压力应变片8的电阻变化获得钻柱受到拉压作用力的大小，通过测量扭矩应变片9的电阻变化获得钻柱受到扭矩的大小。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种评价钻柱与钻井液泥饼和岩石之间摩阻扭矩的实验装置，其特征在于：包括环形岩心的模拟井筒(5)，安装于底座(1)上，且所述模拟井筒(5)连通钻井液循环装置；钻柱模型(4)，设置于所述模拟井筒(5)内；升降组件，用于带动所述模拟井筒(5)转动并固定，且其包括支架(14)以及安装在所述支架(14)底端一侧的绞车(2)，所述绞车(2)上缠绕的钢丝绳(3)绕过支架(14)顶端的定滑轮与驱动装置(10)连接；驱动装置(10)，其用于为所述钻柱模型(4)提供扭矩和转速，所述驱动装置(10)的输出轴通过对接法兰(6)与扭矩传感器(12)连接并固定在底座(1)上，所述扭矩传感器(12)另一端通过对接法兰(6)与进水杆柱(7)连接，所述进水杆柱(7)通过螺纹与钻柱模型(4)连接，所述钻柱模型(4)和模拟井筒(5)动密封。2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李博爱，阚长宾，陶世林，于晓聪，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：
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