一种室内钻井事故及井控技术模拟试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种室内钻井事故及井控技术模拟装置，该装置包括井喷模拟试验台、液压循环控制系统两个组成部分。其中井喷模拟试验台包括井架、防喷器组、套管、钻具、水龙头等模拟组件；液压循环控制系统包括流量表、压力表、电控阀门等组件，可以实现对典型钻井事故及其相应井控措施的模拟。模拟装置在实验室内构建，装置整体位于地面，无需打井作业；模拟装置采用有机玻璃管设计，可以直接观察事故模拟过程中套管内油气输运特性；模拟装置采用液压循环系统模拟事故流程中的油气流动，可以较为真实的模拟井喷事故的发生、发展过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井事故模拟与井控技术培训系统，更具体地说，是一种能够安装在室内的，可以实现对钻井液循环、钻井液正常沉降、井漏、抽吸、溢流、油侵井喷、气侵井喷等常规钻井事故流程以及相应井控技术进行模拟的试验装置。
技术介绍
钻井事故是影响油气安全生产的重要事故形式之一，随着油田大开发战略的实施，钻井事故的发生越来越频繁，危害越来越大。因此，石油行业对钻井事故及其相应井控技术研究越来越重视。钻井事故及井控技术模拟装置就是为减小钻井事故发生频率，增加井控成功率，减少事故损失而开发的实验装置一方面，可以为研究分析钻井事故发生流程、研究改进井控技术提供实验条件；另一方面，可以为现场岗位员工熟悉钻井事故流程、提高井控技术实战能力提供培训条件。传统的钻井事故及井控技术模拟试验装置主要分为两大类一种为虚拟实验平台，通过计算机模拟构建各种钻井事故井下压力平衡状态，通过虚拟改变程序参数模拟井控技术实现；另一类为实验井模拟平台，通过构建上百米深的实验井模拟钻井事故及相应井控技术，实验井平台具有与真实油气井几乎相同的结构，只是地层内油气压力采用油泵和空气压缩机提供。然而，虚拟实验平台无法给参与培训人员直观的认识，所有压力条件建立过程都是通过程序实现，无法直观反映其建立过程，井控技术操作感不强；实验井平台则由于需要构建类似于真实井的实验井环境，存在投资较大，难以普及的主要缺点，且由于井下套管内油气状态无法直接观察，对钻井事故建立过程的展示性不强。可见，现有的钻井事故及井控技术模拟平台不能很好的满足现有钻井事故及井控技术模拟培训的需求，亟需一种可以弥补上述缺点的钻井事故及井控技术试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有钻井事故模拟试验平台的不足之处，提供一种可以安装在室内的，无需打井作业的，能够对常见钻井事故提供可视化模拟的，低成本的钻井事故及井控技术模拟试验装置。本专利技术通过以下的技术方案实现一种室内钻井事故模拟装置，包括钻井事故模拟试验台架与液压循环系统，所述钻井事故模拟试验台架包括钻具牵引电机组、钻具装配体、排气管、上连接法兰、地面模拟板、下连接法兰、有机玻璃套管、二层台模拟台架和井架模拟台架，所述钻具牵引电机组固定在井架模拟台架上，并且通过传动机构与钻具装配体连接，所述钻具牵引电机组通过正反转带动所述钻具装配体的上提和下放；所述上连接法兰固定在所述二层台模拟台架上，所述排气管贯穿所述上连接法兰；其特征在于所述有机玻璃套管通过所述上连接法兰和所述下连接法兰固定安装到所述二层台模拟台架上，所述钻井事故模拟试验台架还包括相互独立的多个钻井液进出口，所述多个钻井液进出口与所述液压循环系统连接所述液压循环系统通过泵和阀的调节控制，在所述模拟装置内构建不同的压力平衡条件，以实现对井喷事故流程及相应井控技术的模拟。根据本专利技术的另一个方面，有机玻璃套管的管壁厚度及内径设计符合压力容器的强度标准。根据本专利技术的另一个方面，所述下连接法兰采用不锈钢材质，在下连接法兰上设置与所述液压循环系统连接的6个钻井液进出口。根据本专利技术的另一个方面，所述钻具装配体包括方钻杆、钻铤、方钻杆钻铤连接头、导向螺栓、钻杆、钻头、弹簧，其中所述方钻杆连接钻铤，并通过方钻杆钻铤连接头与钻杆连接，钻杆连接钻头，其中所述方钻杆、钻铤，钻杆是中空的，方钻杆顶部设置钻井液注入口，该钻井液注入口是所述多个钻井液进出口之一，钻井液进入该钻井液注入口并流向钻杆内部后通过钻杆下端的开孔进入有机玻璃套管内，通过下连接法兰上设置的钻井液抽出口被抽出有机玻璃套管，该钻井液抽出口是所述多个钻井液进出口之一。根据本专利技术的另一个方面，所述钻具装配体还包括压力密封环，压力密封环位于方钻杆钻铤连接头与钻杆之间，密封钻具装配体与有机玻璃套管，使得钻具装配体上下移动的过程中不破坏已在有机玻璃套管内建立起来的压力平衡，其中所述压力密封环主体为不锈钢材质，其周围设置密封橡胶圈。根据本专利技术的另一个方面，导向螺栓通过螺纹连接固定在压力密封环上，并穿过方钻杆钻铤连接头，为压力密封环相对于钻杆的轴向运动提供导向作用；弹簧安装在方钻杆钻铤连接头与压力密封环之间，在钻井液充满有机玻璃套管形成稳定的压力环境时保证弹簧未完全压缩，使得在方钻杆钻铤连接头与压力密封环之间留下一定的行程空间，为下放钻杆提供缓冲环节，防止钻具牵引电机组超载负荷而烧毁，同时保证钻具装配体能够在压力环境下模拟起下钻。根据本专利技术的另一个方面，所述液压循环系统包括油箱，液位计，钻井液输入泵，减压阀，节流电磁阀，单向阀，压力传感器，液体流量计，比例溢流阀，空气压缩机，气体流量计，溢流阀，无泄漏电磁阀，安全泄压阀，气体单向阀，气体减压阀，针阀，气体节流阀，钻井液抽出泵，安全溢流阀，油层模拟泵和喷嘴。本专利技术的室内钻井事故及井控技术模拟装置的控制方法通过以下技术方案来实现通过液压循环系统中的钻井液输入泵和第一节流电磁阀调节控制钻井液注入流量，通过液压循环系统中的钻井液抽出泵和第二节流电磁阀调节控制钻井液抽出流量，第一流量计测量所述钻井液注入流量，第二流量计测量所述钻井液抽出流量，当第一流量计和第二流量计示数相同时，在有机玻璃套管内形成稳定循环的钻井液。根据本专利技术的另一个方面，通过在液压循环系统中设置溢流阀溢流压力模拟地层承受压力，在液压循环系统中设置压力表，测量有机玻璃套管内钻井液压力，当所述钻井液压力大于所述溢流压力时，模拟地层压开，发生井漏事故。根据本专利技术的另一个方面，通过调节第三节流电磁阀模拟地层空洞容积，所述有机玻璃套管内钻井液液面下降模拟钻井液沉降，通过调节第一节流电磁阀，增加钻井液注入流量，模拟钻井液沉降事故。根据本专利技术的另一个方面，快速上提所述钻杆时，所述有机玻璃套管空间内压力下降形成负压，液压循环系统中设置的单向阀开启，外界空气通过单向阀进入所述有机玻璃套管环空模拟抽吸事故。根据本专利技术的另一个方面，通过控制液压循环系统中的油层模拟泵，并调节第四节流电磁阀，第一减压阀模拟控制地层内储油层压力侵入所述有机玻璃套管，通过设置第一减压阀的压力高于第二减压阀的压力，模拟井喷事故模拟；通过关闭第五节流电磁阀模拟在钻进事故模拟试验台架上设置的防喷器的关闭，使得井喷事故得到控制。根据本专利技术的另一个方面，通过控制空气压缩机，调节气体减压阀，气体节流阀模拟控制地层内储气层压力入侵所述有机玻璃套管，模拟气侵过程。附图说明图1为本专利技术的钻井事故及井控技术模拟试验装置整体图；图2为本专利技术的钻井事故及井控技术模拟试验装置的液压循环控制系统图；图3为本专利技术的钻具装配体结构图；图4为本专利技术的钻井液循环过程模拟示意图；图5为本专利技术的钻井液正常沉降过程模拟示意图；图6为本专利技术的井漏过程模拟示意图；图7为本专利技术的抽吸过程模拟示意图；图8为本专利技术的溢流过程模拟示意图；图9为本专利技术 的井喷井涌过程模拟示意图；图10为本专利技术的气侵井喷过程模拟示意图。附图标号1、钻具牵引电机组 2、钻具装配体3、排气管4、上连接法兰5、环形防喷器6、单闸板防喷器7、地面模拟板8、下连接法兰9、有机玻璃套管10、二层台模拟台架 11、井架模拟台架12、方钻杆13、钻铤14、方钻杆钻铤连接头 15、导向螺栓16、压力密封环17、钻杆18、钻头19、弹簧具体实施例方式下面结合附图，详细描述本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内钻井事故模拟装置，包括：钻井事故模拟试验台架与液压循环系统，所述钻井事故模拟试验台架包括：钻具牵引电机组(1)、钻具装配体(2)、上连接法兰(4)、地面模拟板(7)、下连接法兰(8)、二层台模拟台架(10)和井架模拟台架(11)，所述钻具牵引电机组(1)固定在井架模拟台架(11)上，并且通过传动机构与钻具装配体(2)连接，所述钻具牵引电机组(1)通过正反转带动所述钻具装配体(2)的上提和下放；所述上连接法兰(4)固定在所述二层台模拟台架(10)上，所述下连接法兰(8)通过固定机构固定在上连接法兰(4)上，其特征在于：所述钻井事故模拟实验台架还包括有机玻璃套管(9)，所述有机玻璃套管(9)通过所述上连接法兰(4)和所述下连接法兰(8)固定安装到所述二层台模拟台架(10)上，其中所述钻具装配体(2)上设置有第一钻井液注入口和第二钻井液/空气抽出口，所述下连接法兰(8)上设置有第三钻井液抽出口、第四钻井液注入口、第五空气注入口、第六钻井液抽出口、第七钻井液抽出口、第八空气注入口，所述上连接法兰(4)上设置第九空气注入口，以上各个钻井液注入口、钻井液抽出口以及空气注入口都分别与所述液压循环系统连接，通过所述液压循环系统的调节控制，在所述钻井事故模拟实验台架内模拟钻井事故。...

【技术特征摘要】
1.一种室内钻井事故模拟装置，包括钻井事故模拟试验台架与液压循环系统，所述钻井事故模拟试验台架包括钻具牵引电机组(I)、钻具装配体(2)、上连接法兰(4)、地面模拟板(7)、下连接法兰(8)、二层台模拟台架(10)和井架模拟台架(11)，所述钻具牵引电机组⑴固定在井架模拟台架(11)上，并且通过传动机构与钻具装配体⑵连接，所述钻具牵引电机组(I)通过正反转带动所述钻具装配体(2)的上提和下放；所述上连接法兰(4)固定在所述二层台模拟台架(10)上，所述下连接法兰(8)通过固定机构固定在上连接法兰(4)上，其特征在于所述钻井事故模拟实验台架还包括有机玻璃套管(9)，所述有机玻璃套管(9)通过所述上连接法兰(4)和所述下连接法兰(8)固定安装到所述二层台模拟台架(10)上，其中所述钻具装配体(2)上设置有第一钻井液注入口和第二钻井液/空气抽出口，所述下连接法兰(8)上设置有第三钻井液抽出口、第四钻井液注入口、第五空气注入口、第六钻井液抽出口、第七钻井液抽出口、第八空气注入口，所述上连接法兰(4)上设置第九空气注入口，以上各个钻井液注入口、钻井液抽出口以及空气注入口都分别与所述液压循环系统连接，通过所述液压循环系统的调节控制，在所述钻井事故模拟实验台架内模拟钻井事故。2.根据权利要求1所述的室内钻井事故模拟装置，其特征在于所述钻具装配体(2)包括方钻杆(12)、钻铤(13)、方钻杆钻铤连接头(14)、导向螺栓(15)、钻杆(17)、钻头(18)和弹簧(19)，其中所述方钻杆(12)连接钻铤(13)，并通过方钻杆钻铤连接头(14)与钻杆(17)连接，钻杆(17)连接钻头(18)，其中所述方钻杆(12)、钻铤(13)和钻杆(17)是中空的，所述第一钻井液注入口设置在方钻杆(12)顶部，钻井液进入该第一钻井液注入口并流向钻杆(17)内部，通过钻杆(17)下端的开孔进入有机玻璃套管(9)内。3.根据权利要求2所述的室内钻井事故模拟装置，其特征在于所述钻具装配体(2)还包括压力密封环(16)，压力密封环(16)位于方钻杆钻铤连接头(14)与钻杆(17)之间，使得钻具装配体上下移动的过程中不破坏已在有机玻璃套管(9)内建立起来的压力平衡。4.根据权利要求3所述的室内钻井事故模拟装置，其特征在于所述导向螺栓(15)通过螺纹连接固定在所述压力密封环(16)上，并穿过方钻杆钻铤连接头(14)，为压力密封环(16)相对于钻杆(17)的轴向运动提供导向作用；所述弹簧(19)安装在方钻杆钻铤连接头(14)与压力密封环(16)之间，在钻井液充满有机玻璃套管(9)形成稳定的压力环境时保证弹簧未完全压缩，使得在方钻杆钻铤连接头(14)与压力密封环(16)之间留下一定的行程空间，为下放钻杆(17)提供缓冲环节，防止钻具牵引电机组(I)超载负荷而烧毁，同时保证钻具装配体(2)能够在压力环境下模拟起下钻。5.一种根据权利要求1-4任一项所述的室内钻井事故模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊毅，樊建春，温东，王强，赵坤鹏，詹先觉，张晓昊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
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