CN103015973A - 用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置，包括模拟井筒、钻井液管线、节流管线、漏失管线和溢流管线；模拟井筒上设有节流孔、漏失孔和溢流孔，模拟井筒内固定有钻柱；钻井液管线用作向模拟井筒内注入钻井液，钻井液管线上依次串联调节阀、流量变送器、压力变送器和钻井液泥浆泵；节流管线用作使模拟井筒内的钻井液进行正常循环，节流管线上依次串联流量变送器、压力变送器和高压节流阀；漏失管线用作使模拟井筒内的钻井液进行漏失循环，漏失管线上依次串联流量变送器、压力变送器和调节阀；溢流管线用作使模拟井筒内的钻井液进行溢流循环，溢流管线上依次串联调节阀、流量变送器、压力变送器和溢流泥浆泵。它的结构简单，成本低，可靠实用。

Description

用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置

技术领域

本发明涉及油气井钻探过程中用及的试验模拟装置，具体是一种用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置。

背景技术

控压钻井是在密闭的井筒内以钻井循环系统进行井底压力控制并使井底压力始终处于微过平衡的钻井技术。因而，控压钻井技术对钻井参数（包括节流阀开度、循环流量、井底压力、井底温度等等）的控制精度要求非常高，通过对这些钻井参数的精确控制可以轻松、安全的实现钻进、接单根、起下钻等操作，减少井涌、井漏等复杂的钻井情况发生。

目前，控压钻井中的钻井参数获取是以现场真实井况的试验来完成的，该试验存在危险性高、试验费用昂贵、试验周期长、试验工况单一等缺陷，实用性差。为此，油气开采企业研发了各种用于获取控压钻井中钻井参数的试验模拟装置，这些试验模拟装置在公开出版物上屡见报道，例如中国专利文献公开的“用于控压钻井实验与测试的井下工况模拟装置”（公开号：CN201705322U，公开日：2011.01.12），但至今未见有与本发明内容相同或相近似的。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、制造成本低、可靠性高、实用性强的用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置，该模拟装置能够精确、全面的获取控压钻井中的钻井参数。

本发明采用的技术方案是，一种用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置，所述模拟装置包括：

-模拟井筒，所述模拟井筒的上部设有节流孔，底部设有漏失孔和溢流孔；所述模拟井筒的井口设有井口装置，通过井口装置固定有伸入模拟井筒的钻柱，钻柱的底端设有钻头； 

-钻井液管线，所述钻井液管线的一端连接在模拟井筒的井口装置上，另一端连接在钻井液存储罐上，用作向模拟井筒内注入钻井液；所述钻井液管线上依次串联有入口调节阀、入口流量变送器、入口压力变送器和钻井液泥浆泵；

-节流管线，所述节流管线的一端连接在模拟井筒上部的节流孔上，另一端连接在钻井液循环罐上，用作使模拟井筒内的钻井液进行正常循环；所述节流管线上依次串联有出口流量变送器、出口压力变送器和高压节流阀；

-漏失管线，所述漏失管线的一端连接在模拟井筒底部的漏失孔上，另一端连接在钻井液循环罐上，用作使模拟井筒内的钻井液进行漏失循环；所述漏失管线上依次串联有漏失流量变送器、漏失压力变送器和漏失调节阀；

-溢流管线，所述溢流管线的一端连接在模拟井筒底部的溢流孔上，另一端连接在钻井液存储罐上，用作使模拟井筒内的钻井液进行溢流循环；所述溢流管线上依次串联有溢流调节阀、溢流流量变送器、溢流压力变送器和溢流泥浆泵。

所述模拟井筒、钻柱和钻头的结构尺寸分别按现场实体井身结构尺寸、现场实体钻柱结构尺寸和现场实体钻头结构尺寸以相同比例缩小的方式仿制制成。

本发明的有益效果是：上述模拟装置以相似性原理仿制现场实体的井身、钻柱和钻头，具有设计合理、结构简单、制造成本低等特点，通过调整模拟装置上的不同管线阀门开度，使模拟井筒内的钻井液实现正常循环、漏失循环、溢流循环等工况，在这些工况下，通过观察、读取对应管线上的流量变送器和压力变送器显示的数值，即可轻松掌握模拟井筒内的实时井况参数，将这些参数以常规的计算方法进行换算，就能得出各管线上的阀门开度值与钻井液流量的对应关系，从而精确、全面的控制钻井参数，为后续的实际控压钻井提供可靠的技术支撑，减少井涌、井漏等复杂的钻井情况发生，提高油气开采效益；本发明的整个试验模拟过程都不会存在安全隐患，而且试验费用低、试验周期短、试验工况精确全面，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明的内容作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图中代号含义：1—高压节流阀；2—出口压力变送器；3—出口流量变送器；4—节流管线；5—钻柱；6—模拟井筒；7—钻头；8—漏失流量变送器；9—漏失压力变送器；10—漏失调节阀；11—漏失管线；12—入口调节阀；13—入口流量变送器；14—入口压力变送器；15—钻井液管线；16—钻井液泥浆泵；17—溢流调节阀；18—溢流流量变送器；19—溢流压力变送器；20—溢流管线；21—溢流泥浆泵；22—井口装置；23—钻井液存储罐；24—钻井液循环罐。

具体实施方式

参见图1：本发明为试验模拟装置，用于获取控压钻井中的钻井参数，本发明包括模拟井筒6、钻井液管线15、节流管线4、漏失管线11和溢流管线20。

其中，模拟井筒6的结构尺寸按现场实体井身的结构尺寸以相似性原理的方式（即相同比例缩小或放大）仿制制成。在模拟井筒6的上部侧壁上设有节流孔，在模拟井筒6的底部侧壁上设有漏失孔和溢流孔，在模拟井筒6的井口设有井口装置22，通过井口装置22固定有伸入模拟井筒6的钻柱5，钻柱5在井口装置22的驱动下，可以在模拟井筒6内旋转，在钻柱5的底端设有钻头7。前述的井口装置22、钻柱5和钻头7的结构尺寸分别按现场实体井口装置的结构尺寸、现场实体钻柱的结构尺寸和现场实体钻头的结构尺寸以相似性原理的方式仿制制成。

钻井液管线15的一端密封连接在模拟井筒6的井口装置22上，且与模拟井筒6内的钻柱5相通，钻井液管线15的另一端连接在钻井液存储罐23上，钻井液管线15用作向模拟井筒6内注入钻井液。在钻井液管线15上依次串联有入口调节阀12、入口流量变送器13、入口压力变送器14和钻井液泥浆泵16。前述的串联方向是从钻井液管线15靠近模拟井筒6的一端开始，即入口调节阀12在钻井液管线15上处于靠近模拟井筒6的一端，钻井液泥浆泵16则在钻井液管线15上处于靠近钻井液存储罐23的一端。 

节流管线4的一端密封连接在模拟井筒6上部侧壁的节流孔上，另一端连接在钻井液循环罐24上，用作使模拟井筒6内的钻井液进行正常循环。在节流管线4上依次串联有出口流量变送器3、出口压力变送器2和高压节流阀1。前述的串联方向是从节流管线4靠近模拟井筒6的一端开始，即出口流量变送器3在节流管线4上处于靠近模拟井筒6的一端，高压节流阀1则在节流管线4上处于靠近钻井液循环罐24的一端。 

漏失管线11的一端密封连接在模拟井筒6底部侧壁的漏失孔上，另一端连接在钻井液循环罐24上，用作使模拟井筒6内的钻井液进行漏失循环。在漏失管线11上依次串联有漏失流量变送器8、漏失压力变送器9和漏失调节阀10。前述的串联方向是从漏失管线11靠近模拟井筒6的一端开始，即漏失流量变送器8在漏失管线11上处于靠近模拟井筒6的一端，漏失调节阀10则在漏失管线11上处于靠近钻井液循环罐24的一端。 

溢流管线20的一端密封连接在模拟井筒6底部侧壁的溢流孔上，另一端连接在钻井液存储罐23上，用作使模拟井筒6内的钻井液进行溢流循环。在溢流管线20上依次串联有溢流调节阀17、溢流流量变送器18、溢流压力变送器19和溢流泥浆泵21。前述的串联方向是从溢流管线20靠近模拟井筒6的一端开始，即溢流调节阀17在溢流管线20上处于靠近模拟井筒6的一端，溢流泥浆泵21则在溢流管线20上处于靠近钻井液存储罐23的一端。

上述钻井液管线15连接的钻井液储存罐和溢流管线20连接的钻井液储存罐可以是相同的同一个钻井液储存罐，也可以是不同的两个钻井液储存罐。上述节流管线4连接的钻井液循环罐和漏失管线11连接的钻井液循环罐可以是相同的同一个钻井液循环罐，也可以是不同的两个钻井液循环罐。

本发明可以依次试验模拟正常循环工况、漏失循环工况和溢流循环工况，本发明的具体使用方法如下。

试验模拟正常循环工况：首先，关闭漏失管线11上的漏失调节阀10和溢流管线20上的溢流调节阀17；其次，启动钻井液管线15上的钻井液泥浆泵16，并调节入口调节阀12的开度，给模拟井筒6内注入一定流量的钻井液；然后，调节节流管线4上的高压节流阀1开度，使钻井液管线15上的入口流量变送器13显示的数据与节流管线4上的出口流量变送器3所显示的数据接近，此时，模拟井筒6内的钻井液循环进入正常循环工况下的平衡状态；最后，详细记录钻井液管线15上的入口流量变送器13显示的数据V1、节流管线4上的出口流量变送器3显示的数据V2、节流管线4上的高压节流阀1调节的开度值O1、漏失管线11上的漏失压力变送器9显示的数据P1，漏失压力变送器9显示的数据P1即为井底压力。

试验模拟漏失循环工况：在上述正常循环工况的试验模拟基础上，调节漏失管线11上的漏失调节阀10，使模拟井筒6内的部分泥浆经漏失管线11流出；此时，从节流管线4流出的泥浆将会减少，漏失管线11上的漏失压力变送器9显示的数据将会减小，但为了平衡井底压力，要对节流管线4上的高压节流阀1的开度值进行调节，减少经节流管线4流出的泥浆流量，使漏失管线11上的漏失压力变送器9显示的数据值接近正常循环工况下的漏失压力变送器9所显示的数据P1，此时，模拟井筒6内的钻井液循环进入漏失循环工况下的平衡状态；详细记录钻井液管线15上的入口流量变送器13显示的数据V3、节流管线4上的出口流量变送器3显示的数据V4、节流管线4上的高压节流阀1调节的开度值O2。

试验模拟溢流循环工况：在上述漏失循环工况的试验模拟基础上，调节关闭漏失管线11上的漏失调节阀10，开启溢流管线20上的溢流泥浆泵21；缓慢调节溢流管线20上的溢流调节阀17，使模拟井筒6内的泥浆经节流管线4流出的流量增大，漏失管线11上的漏失压力变送器9显示的数据也将增大，但为了平衡井底压力，要对节流管线4上的高压节流阀1的开度值进行调节，增大经节流管线4流出的泥浆流量，使漏失管线11上的漏失压力变送器9显示的数据值接近正常循环工况下的漏失压力变送器9所显示的数据P1，此时，模拟井筒6内的钻井液循环进入溢流循环工况下的平衡状态；详细记录钻井液管线15上的入口流量变送器13显示的数据V5、节流管线4上的出口流量变送器3显示的数据V6、节流管线4上的高压节流阀1调节的开度值O3。

将上述三种循环工况下试验获得的实时模拟井况参数，以已公开的常规计算方法进行换算，就能轻松且精确地得出各管线上的阀门开度值与钻井液流量的对应关系，特别是控压钻井中高压节流阀开度值与入、出口流量之间的对应关系，为后续的实际控压钻井提供可靠的技术支撑，减少井涌、井漏等复杂的钻井情况发生，提高油气开采效益。

Claims (2)

1. 一种用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括：

-模拟井筒（6），所述模拟井筒（6）的上部设有节流孔，底部设有漏失孔和溢流孔；所述模拟井筒（6）的井口设有井口装置（22），通过井口装置（22）固定有伸入模拟井筒（6）的钻柱（5），钻柱（5）的底端设有钻头（7）； 

-钻井液管线（15），所述钻井液管线（15）的一端连接在模拟井筒（6）的井口装置（22）上，另一端连接在钻井液存储罐（23）上，用作向模拟井筒（6）内注入钻井液；所述钻井液管线（15）上依次串联有入口调节阀（12）、入口流量变送器（13）、入口压力变送器（14）和钻井液泥浆泵（16）；

-节流管线（4），所述节流管线（4）的一端连接在模拟井筒（6）上部的节流孔上，另一端连接在钻井液循环罐（24）上，用作使模拟井筒（6）内的钻井液进行正常循环；所述节流管线（4）上依次串联有出口流量变送器（3）、出口压力变送器（2）和高压节流阀（1）；

-漏失管线（11），所述漏失管线（11）的一端连接在模拟井筒（6）底部的漏失孔上，另一端连接在钻井液循环罐（24）上，用作使模拟井筒（6）内的钻井液进行漏失循环；所述漏失管线（11）上依次串联有漏失流量变送器（8）、漏失压力变送器（9）和漏失调节阀（10）；

-溢流管线（20），所述溢流管线（20）的一端连接在模拟井筒（6）底部的溢流孔上，另一端连接在钻井液存储罐（23）上，用作使模拟井筒（6）内的钻井液进行溢流循环；所述溢流管线（20）上依次串联有溢流调节阀（17）、溢流流量变送器（18）、溢流压力变送器（19）和溢流泥浆泵（21）。

2.根据权利要求1所述用于获取控压钻井中钻井参数的模拟装置，其特征在于，所述模拟井筒（6）、钻柱（5）和钻头（7）的结构尺寸分别按现场实体井身结构尺寸、现场实体钻柱结构尺寸和现场实体钻头结构尺寸以相同比例缩小的方式仿制制成。

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