一套钻井工况模拟系统及其工作流程技术方案

本发明专利技术涉及到一套钻井工况模拟系统及其工作流程，属于工程试验技术领域，主要用于对石油钻井过程中不同井深条件下的井下工况环境模拟和对井漏井涌过程的模拟演示试验研究。该钻井工况模拟系统主要能够模拟的井下工况环境包括：钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，在模拟过程中通过对泥浆温度、流量和钻杆旋转速度的控制来实现对不同井深、不同泥浆循环情况以及钻机在不同钻进速度下的多种井下工况环境进行相关模拟试验。该模拟系统具有操作便捷和结构简单的特点，能够有效对多种井下工况环境进行模拟研究。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及到一套钻井工况模拟系统及其工作流程，属于工程试验
，主要用于对石油钻井过程中不同井深条件下的井下工况环境模拟和对井漏井涌过程的模拟演示试验研究。该钻井工况模拟系统主要能够模拟的井下工况环境包括：钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，在模拟过程中通过对泥浆温度、流量和钻杆旋转速度的控制来实现对不同井深、不同泥浆循环情况以及钻机在不同钻进速度下的多种井下工况环境进行相关模拟试验。该模拟系统具有操作便捷和结构简单的特点，能够有效对多种井下工况环境进行模拟研究。【专利说明】一套钻井工况模拟系统及其工作流程
本专利技术涉及石油钻井勘探开发领域，一套针对不同钻井工况环境下进行相关模拟研究的实验技术，具体适用于不同井深条件下钻柱的正常旋转转进过程、钻井泥浆循环过程和井漏井涌过程的模拟试验及其系统工作流程。
技术介绍
在进入21世纪以来，从石油天然气钻井开发技术的现状和发展趋势来看，采用旋转钻井仍将是今后油田勘探开发过程中最主要的钻井方法。旋转钻井技术可被细分为转盘旋转钻井、井下动力钻井和两者兼顾的复合旋转钻井等三种主要的钻井方式。转盘旋转钻井技术是使整个钻柱系统处于旋转运动状态，同时带动钻头旋转钻进；井下动力钻井是井下动力钻具的转子带动钻头旋转钻进，转盘及整个钻柱处于不旋转状态；复合旋转钻井则是在使用井下动力钻具的同时又开动转盘旋转钻进。转盘钻井技术是从顿钻钻井演变而来，与顿钻技术相比较优势明显，所以在现代油田开发过程中应用最为广泛。转盘钻井设备主要由钻机、井架和一套提升系统组成，通过提升系统实现井下钻具的提起和下放，并通过转盘完成旋转转动运动，钻具转动带动钻柱底端的钻头转动，使钻头在钻柱悬重的作用下破碎岩石，破碎的岩屑再被泥浆泵泵入井内的泥浆循环并被带到地面，钻头磨损后就将钻具起出换上新钻头，再下钻钻进，通过如此循环使井被不断加深直到钻至预计井深，以上是转盘旋转钻井技术的整个工作流程。在钻井过程中，钻井泥浆循环过程是通过泥浆将被钻头破碎的岩屑带至地面进行处理，一般在钻井现场的泥浆泵舱内会布置有3台泥浆泵，先用灌注泵从泥浆舱中抽吸经过净化的泥浆，经泥浆泵加压后排出，再通过泵舱阀门组的分配，经高压管线(双联)到达钻台立管阀门组，通过安装在井架上的双立根、水龙带、顶部驱动装置(或水龙头)、钻杆内腔到达井下的钻头，高压泥浆对井底进行喷冲并携带固相颗粒经过钻杆和套管之间的环形空间返回井口，带有固相颗粒的泥浆由井口转盘下部喇叭口下返出，并通过安装在钻台底座下部的泥浆管线到达横向泥浆槽，又经过纵向泥浆槽到达振动筛进行一级处理后进罐，经过除砂、除泥、除气、离心处理后，通过固控模块排液管汇进入泥浆舱，再经过泥浆泵的上水管线进入泵内，如此循环完成整个钻井作业泥浆循环过程。而在钻井工程中，井漏、井涌工况是井下复杂情况的两种常见形式。这一过程中，井筒内钻井液或其他介质(固井水泥浆等)漏入地层孔隙、裂缝等空间的现象称之为井漏，其是钻井工程中常见的井内复杂情况，多数钻井过程都有不同程度的漏失，严重的井漏会导致井内压力下降，影响正常钻井、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并引起井喷等事故的发生；井涌是井内流体层压力大于钻井液或洗井液柱静压力时，含流体层中的流体或气体将侵人井筒内，积累至一定量后随井筒内液体循环至井口并形成沸腾状，井涌往往也是井喷的先兆，是一种主要的油、气、水显示。井涌、井漏的发生会对正常钻井过程带来巨大影响，因而对井涌、井漏工况的模拟研究具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了对石油钻井过程中不同井深处的工况进行模拟研究，并对出现井漏、井涌等较危险的情况进行演示模拟，本专利技术提供一套用于对钻井工况进行试验研究的模拟系统及其工作流程，该模拟系统能对钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程进行有效模拟，同时也具有系统结构简单，操作便捷等特点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:本专利技术的钻井工况模拟系统能够模拟的过程包括钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程。所述对钻头正常旋转钻进的模拟过程中所涉及的设备和部件包括电机支撑架、电机、减速器、小齿轮、大齿轮、轴承安装台、螺栓、毛毡垫圈、轴承端盖、密封圈、滚动轴承和钻杆。选用功率满足一般钻井过程中钻杆转速要求的电机，并选择能和电机相匹配实现转速变换的减速器，两者组合提供钻杆旋转的动力，使用螺栓将电机的底部安装在电机支撑架上，减速器输出轴的一端安装有小齿轮，大齿轮被安装在钻杆上部合适位置处并能与小齿轮实现满足啮合要求的配合关系。电机支撑架被设置安装在轴承安装台上，滚动轴承被放置在轴承安装台预先设置的孔内，将用于轴承端盖和钻杆的旋转密封的毛毡垫圈先放置在轴承端盖内，并在端盖与轴承安装台接触处放置好密封圈，再用螺栓将轴承端盖固定在轴承安装台上，然后将装置放置在安装底座中以保持稳定，同时在安装底座的底部开设有让外接管线通过后进入井壁的小孔。由于采用了上述结构，该工况模拟系统对钻头正常旋转钻进的模拟过程能够在可调电机转速的条件，实现对不同钻进速度条件下的钻柱系统旋转钻进工况的模拟研究，以此拓展系统的使用范围和功能。本专利技术所述的钻井泥浆循环模拟过程所涉及到的设备包括泥浆罐、泥浆泵A、平板阀A、管状加热器、分流阀、双金属温度计A、温度补偿调速阀、流量计A、旋转密封端、流量计B、冷却器、双金属温度计B、平板阀B和减速阀。在钻杆正常旋转的情况下，开启平板阀A和平板阀B，关闭平板阀C和平板阀D，启动泥浆泵A将泥浆从泥浆罐中抽出后，经过平板阀A后输入到管状加热器进行升温加热，加热温度根据地温梯度范围由要模拟的地层深度决定，加热完毕后泥浆经过分流阀流向钻杆顶端一侧所在的泥浆管线，从分流阀流出的泥浆要经过温度补偿调速阀，从钻杆顶端的旋转密封端流入到钻杆内，并使用双金属温度计A和流量计A测得进入泥浆的温度和流量值；完成钻柱泥浆循环过程后，泥浆从井壁顶端的出口处流向出液泥浆管线，经过冷却器冷却降温和减速器降低流速后回流到泥浆罐中，流量计B和双金属温度计B用来测量流出井筒的泥浆流量和温度值；泥浆罐进泥浆口处设置有挡液板，防止进入的泥浆对罐体的冲击腐蚀，同时泥浆罐顶端设置有接口法兰，外部泥浆可通过该接口进入罐体内，泥浆罐底部设置有出液口，用于对罐内泥浆进行放空操作。由于采用了上述结构，该模拟系统能较真实的反应不同钻井工况条件下的泥浆循环过程，根据地温梯度利用管状加热器和冷却器的配合对循环泥浆进行加热和冷却，使系统能够对不同井深段的工况进行有效模拟研究，同时泥浆经冷却后再回流至泥浆罐中，能有效的使整个循环系统的泥浆温度保持在一个可调节的范围内。本专利技术所述的井漏模拟过程所涉及到的设备包括单向阀、泥浆泵B、流量计C、平板阀F和平板阀D。单向阀用于单向控制漏失泥浆的流向，防止泥浆正常循环过程中出液管线的泥浆逆向进入漏失管线，泥浆泵B用以提供井漏工况下的泥浆漏失动力，并使漏失的泥浆通过单向阀后进入冷却器冷却降温，再将其导入到泥浆罐中，流量计C主要用于测量泥浆漏失量的大小。由于采用了上述结构，该模拟系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一套钻井工况模拟系统，其特征在于：所述钻井工况模拟系统能够模拟钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，并能通过对泥浆温度、流量以及钻杆旋转速度的控制来对多种井下工况条件进行相关模拟试验。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清友，徐涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：