CN103277295B - 深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置及测试方法，实验装置是由井筒、钻具、水泵和信号检测装置组成，其中井筒固定在底座上，井筒与底座之间密封，井筒的上端设有顶盖，底座上固定有中心连接轴，信号检测装置是由两个温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器、磁铁和电脑组件组成，测试方法：第一步：测量钻井液流量；第二步：测量钻具的转速；第三步：测量水泵的出口压力；第四步：测量井筒外部环境温度；第五步：由组态软件实时动态显示；第六步：测量相关参数，有益效果：为优化深部冰层电动机械取心钻具设计以及水泵选择提供了相应的数据支持。

Description

深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置及测试方法

技术领域

本发明专利涉及深部冰层电动机械取心钻具实验装置及测试方法，特别涉及一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置及测试方法。

背景技术

目前，在深部冰层钻探取冰心工作过程中，冰屑的彻底清除是冰心钻取成功的关键要求之一，否则，冰屑将在钻头上部附近形成堆积的冰环，影响钻进效率，最终可能会导致卡钻事故。在深部冰层电动机械钻进中，通常是通过井下水泵带动钻井液形成孔底局部反循环，将冰屑从孔底带出并收集到冰屑室，因此，泵的流量和出口压力是影响排屑的关键因素。测试水泵的压力流量关系，分析现有循环系统及井下水泵的性能，对深部冰层电动取心钻具而言是非常必要的，但目前尚没有相应的实验装置和测试方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决在深部冰层电动机械取心钻具的循环系统部分，水泵的压力、流量等性能参数无法准确获得以及循环系统的排屑能力无法检测的问题，从而提供一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置及测试方法。

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置是由井筒、钻具、水泵和信号检测装置组成，其中井筒固定在底座上，井筒与底座之间密封，井筒的上端设有顶盖，底座上固定有中心连接轴，中心连接轴的外壁与底座之间密封，中心连接轴是空心的，钻具设在井筒的内腔中，钻具的外壁与井筒的内壁之间形成有环流通道，钻具通过连接件与中心连接轴相枢接，钻具能够围绕中心连接轴进行转动，中心连接轴的内腔与钻具的内腔相连通，水泵设在钻具的内腔中，钻具的侧壁上与水泵的出口相对应处开设有出液口，底座的一侧开设有流液口，流液口与中心连接轴的内腔相连通，流液口上设有流量控制阀，钻具的内腔通过侧壁上开设的出液口与钻具和井筒之间的环流通道、底座上的流液口以及中心连接轴的内腔形成一循环通道，钻具由电动机驱使转动，信号检测装置是由两个温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器、磁铁和电脑组件组成，其中一个温度传感器设在井筒的外壁上用于检测井筒内钻井液的温度，另一个温度传感器随机设置在井筒的外部进行外部环境的温度检测，流量传感器设在中心连接轴顶端内腔的出口处，压力传感器通过井筒上开设的通孔安装在井筒的侧壁上，压力传感器安装的位置与钻具侧壁上出液口的位置相应用于水泵出口压力数据采集，转速传感器通过井筒侧壁的通孔安装在井筒的侧壁上，磁铁设在与转速传感器所对应位置的钻具外壁或连接件的外壁上，通过磁铁发出的感应信号转速传感器就能够及时采集到钻具的转速数值，两个温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器通过连接线与电脑组件相连接，两个温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器采集的信息通过电脑组件显示并进行处理。

钻具通过连接件上下两个轴承与中心连接轴相枢接。

中心连接轴通过螺接方式固定在底座上。

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置的工作原理如下所述：

钻具的内腔通过侧壁上开设的出液口与钻具和井筒之间的环流通道、底座上的流液口以及中心连接轴的内腔形成一循环通道，钻具在电动机驱使转动过程中，开动钻具内的水泵工作，使井筒内的钻井液按照上述循环通道进行循环，此时，安装在不同位置处的温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器就会把采集到的相应信息传输到电脑组件显示并进行相应的归纳、分析和处理。

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统测试方法如下所述：

第一步：将流量传感器安装在中心连接轴的顶端内腔的出口处，用于测量钻井液流量；

第二步：将磁铁安装在钻具的外壁或连接件的外壁上，并将转速传感器安装在井筒的外壁与磁铁对应的位置处，用于测量钻具的转速；

第三步：将压力传感器安装在井筒侧壁与钻具侧壁上出液口对应的位置处，用于测量水泵的出口压力；

第四步：将其中一个温度传感器安装在井筒的外壁上，用于检测钻井液温度；另一个温度传感器随机设置在井筒外部，用于测量井筒外部环境温度；

第五步：将流量传感器、压力传感器、两个温度传感器以及转速传感器通过相应的信号线与电脑组件连接，将检测的所有信号经电脑组件相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示；

第六步：将需要测试的钻具安装在钻具连接件上，向井筒内注入需要测量的钻井液，启动钻具、以及钻具内腔中的水泵工作，调节流量控制阀，钻井液开始循环，改变钻井液流量，测量相关参数。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置以及测试方法，能够实时检测钻井液温度、钻井液流量、泵压以及钻具转速等参数，钻井液循环路径短，压力损失小，而且压力传感器直接测量水泵出口压力，从而更精确地获得钻井液流量和水泵压力参数，有利于研究各参数之间的关系，为优化深部冰层电动机械取心钻具设计以及水泵选择提供了相应的数据支持。

附图说明

图1为本发明所述装置剖视结构示意图。

图2为连接件与中心连接轴连接处放大剖视图。

1、井筒    2、钻具    3、水泵    4、信号检测装置

11、底座    12、顶盖     13、中心连接轴    14、环流通道

15、连接件    16、出液口    17、流液口    18、流量控制阀

20、温度传感器    21、流量传感器     22、压力传感器

23、转速传感器     24、磁铁     25、电脑组件    26、轴承。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示：

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置是由井筒1、钻具2、水泵3和信号检测装置4组成，其中井筒1固定在底座11上，井筒1与底座11之间密封，井筒1的上端设有顶盖12，底座11上固定有中心连接轴13，中心连接轴13的外壁与底座11之间密封，中心连接轴13是空心的，钻具2设在井筒1的内腔中，钻具2的外壁与井筒1的内壁之间形成有环流通道14，钻具2通过连接件15与中心连接轴13相枢接，钻具2能够围绕中心连接轴13进行转动，中心连接轴13的内腔与钻具2的内腔相连通，水泵3设在钻具2的内腔中，钻具2的侧壁上与水泵3的出口相对应处开设有出液口16，底座11的一侧开设有流液口17，流液口17与中心连接轴13的内腔相连通，流液口17上设有流量控制阀18，钻具2的内腔通过侧壁上开设的出液口16与钻具2和井筒1之间的环流通道14、底座11上的流液口17以及中心连接轴13的内腔形成一循环通道，钻具2由电动机驱使转动，信号检测装置4是由两个温度传感器20、流量传感器21、压力传感器22、转速传感器23、磁铁24和电脑组件25组成，其中一个温度传感器20设在井筒1的外壁上用于检测井筒1内钻井液的温度，另一个温度传感器20随机设置在井筒1的外部进行外部环境的温度检测，流量传感器21设在中心连接轴13顶端内腔的出口处，压力传感器22通过井筒1上开设的通孔安装在井筒1的侧壁上，压力传感器22安装的位置与钻具2侧壁上出液口16的位置相应用于水泵3出口压力数据采集，转速传感器23通过井筒1侧壁的通孔安装在井筒1的侧壁上，磁铁24设在与转速传感器23所对应位置的连接件15的外壁上，通过磁铁24发出的感应信号转速传感器23就能够及时采集到钻具2的转速数值，两个温度传感器20、流量传感器21、压力传感器22和转速传感器23通过连接线与电脑组件25相连接，两个温度传感器20、流量传感器21、压力传感器22和转速传感器23采集的信息通过电脑组件25显示并进行处理。

钻具2通过连接件15的上下两个轴承26与中心连接轴13相枢接。

中心连接轴13通过螺接方式固定在底座11上。

图1中箭头所示的方向为钻井液流动方向。

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置的工作原理如下所述：

钻具2的内腔通过侧壁上开设的出液口16与钻具2和井筒1之间的环流通道14、底座11上的流液口17以及中心连接轴13的内腔形成一循环通道，钻具2在电动机驱使转动过程中，开动钻具2内的水泵3工作，使井筒1内的钻井液按照上述循环通道进行循环，此时，安装在不同位置处的温度传感器20、流量传感器21、压力传感器22和转速传感器23就会把采集到的相应信息传输到电脑组件25显示并进行相应的归纳、分析和处理。

本发明所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统测试方法如下所述：

第一步：将流量传感器21安装在中心连接轴13的顶端内腔的出口处，用于测量钻井液流量；

第二步：将磁铁24安装在连接件15的外壁上，并将转速传感器23安装在井筒1的外壁与磁铁24对应的位置处，用于测量钻具2的转速；

第三步：将压力传感器22安装在井筒1侧壁与钻具2侧壁上出液口16对应的位置处，用于测量水泵3的出口压力；

第四步：将其中一个温度传感器20安装在井筒1的外壁上，用于检测钻井液温度；另一个温度传感器20随机设置在井筒1外部，用于测量井筒1外部环境温度；

第五步：将流量传感器21、压力传感器22、两个温度传感器20以及转速传感器23通过相应的信号线与电脑组件25连接，将检测的所有信号经电脑组件25相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示；

第六步：将需要测试的钻具2安装在钻具2的连接件15上，向井筒1内注入需要测量的钻井液，启动钻具2、以及钻具2内腔中的水泵3工作，调节流量控制阀18，钻井液开始循环，改变钻井液流量，测量相关参数。

Claims (4)

1.一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置，其特征在于：是由井筒、钻具、水泵和信号检测装置组成，其中井筒固定在底座上，井筒与底座之间密封，井筒的上端设有顶盖，底座上固定有中心连接轴，中心连接轴的外壁与底座之间密封，中心连接轴是空心的，钻具设在井筒的内腔中，钻具的外壁与井筒的内壁之间形成有环流通道，钻具通过连接件与中心连接轴相枢接，钻具能够围绕中心连接轴进行转动，中心连接轴的内腔与钻具的内腔相连通，水泵设在钻具的内腔中，钻具的侧壁上与水泵的出口相对应处开设有出液口，底座的一侧开设有流液口，流液口与中心连接轴的内腔相连通，流液口上设有流量控制阀，钻具的内腔通过侧壁上开设的出液口与钻具和井筒之间的环流通道、底座上的流液口以及中心连接轴的内腔形成一循环通道，钻具由电动机驱使转动，信号检测装置是由两个温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器、磁铁和电脑组件组成，其中一个温度传感器设在井筒的外壁上用于检测井筒内钻井液的温度，另一个温度传感器随机设置在井筒的外部进行外部环境的温度检测，流量传感器设在中心连接轴顶端内腔的出口处，压力传感器通过井筒上开设的通孔安装在井筒的侧壁上，压力传感器安装的位置与钻具侧壁上出液口的位置相应用于水泵出口压力数据采集，转速传感器通过井筒侧壁的通孔安装在井筒的侧壁上，磁铁设在与转速传感器所对应位置的钻具外壁或连接件的外壁上，通过磁铁发出的感应信号转速传感器就能够及时采集到钻具的转速数值，两个温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器通过连接线与电脑组件相连接，两个温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器采集的信息通过电脑组件显示并进行处理。

2.根据权利要求1所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置，其特征在于：所述的钻具通过连接件上下两个轴承与中心连接轴相枢接。

3.根据权利要求1所述的深部冰层电动机械取心钻具循环系统实验装置，其特征在于：所述的中心连接轴通过螺接方式固定在底座上。

4.一种深部冰层电动机械取心钻具循环系统的测试方法，其方法如下所述：

第一步：将流量传感器安装在中心连接轴的顶端内腔的出口处，用于测量钻井液流量；

第二步：将磁铁安装在钻具的外壁或连接件的外壁上，并将转速传感器安装在井筒的外壁与磁铁对应的位置处，用于测量钻具的转速；

第三步：将压力传感器安装在井筒侧壁与钻具侧壁上出液口对应的位置处，用于测量水泵的出口压力；

第四步：将其中一个温度传感器安装在井筒的外壁上，用于检测钻井液温度；另一个温度传感器随机设置在井筒外部，用于测量井筒外部环境温度；

第五步：将流量传感器、压力传感器、两个温度传感器以及转速传感器通过相应的信号线与电脑组件连接，将检测的所有信号经电脑组件相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示；

第六步：将需要测试的钻具安装在钻具连接件上，向井筒内注入需要测量的钻井液，启动钻具、以及钻具内腔中的水泵工作，调节流量控制阀，钻井液开始循环，改变钻井液流量，测量相关参数。