CN105390060A - 水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法及实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法，首先搭建实验环境，然后状态初始化，接着通过调节泥浆输入速度、调节岩屑注入速度、改变加重砝码质量实现钻杆和泥浆、钻杆和岩屑、泥浆和钻杆以及岩屑之间的相互耦合运动分析。本发明同时提供了一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，包括泥浆循环系统、钻具回转系统、岩屑注入系统、泥浆流场监测系统、图像处理系统，能够针对HDD钻进过程中环形空间内的钻杆、岩屑、泥浆之间耦合相互作用的问题，实时对环空泥浆流场分布情况、钻杆的空间运动形态以及岩屑床的运动状态进行采集分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法及实验装置，属于非开挖工程领域。
背景技术
水平定钻技术(HorizontalDirectionalDrilling，HDD)是采用安装于地表的钻孔设备，以相对于地面的较小的入射角钻入地层形成导向孔,然后将导向孔扩至所需大小并铺设管道(线)的一项技术。目前，水平定向钻技术已广泛应用于市政管道和大直径长距离油气管道穿江过河中。随着我国经济飞速发展，能源需求不断增加，水平定向钻(HDD)施工的管道尺寸也越来越大。针对以往的HDD工程失败案例进行分析可知，钻井液排屑效率低是导致大直径HDD工程中各种孔内事故频繁发生的主要原因。在HDD扩孔过程中，钻井液流速随着孔径的增加而降低，进而导致岩屑无法排出而滞留在钻孔内。岩屑堆积可能造成钻杆因扭矩过大而断裂、管道因回拖力过大而被破坏，堵塞的环空还会形成过流断面造成孔内压力升高进而导致地层压裂、地面冒浆等事故，严重影响工期，增加施工成本。而水平定向钻技术与传统的石油钻井技术从工艺上有很大的区别，因此，要研究HDD环空岩屑运移规律，建立HDD岩屑运移模型，优化泥浆性能参数、泵量和进尺等，科学的指导大直径HDD施工。而目前，尚未出现具有此功能的模拟方法和装置。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法及实验系统，针对HDD钻进过程中环形空间内的钻杆、岩屑、泥浆之间耦合相互作用的问题，实时对环空泥浆流场分布情况、钻杆的空间运动形态以及岩屑床的运动状态进行采集分析，通过环空泥浆流场的变化、钻杆的运动状态、岩屑床的变化来研究HDD钻进过程中钻杆、岩屑、流场耦合相互作用的影响。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法，包括以下步骤：
(1)搭建实验环境：
将透明管道水平放置，将钻杆水平穿过透明管道，钻杆的一端连接调速电机，另一端通过分动器悬挂加重砝码，在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头，每对中的2个超声多普勒探头分别位于透明管道的顶部和侧面，各对超声多普勒探头沿透明管道轴向均匀分布，在透明管道侧面和顶部放置摄像机；
(2)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(3)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆回转速度稳定，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(4)调节钻杆回转速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆和岩屑，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(5)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(6)调节岩屑注入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节岩屑注入泥浆的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据。
本发明同时提供了一种基于上述方法的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，包括用于观察的透明管道、与透明管道连通的泥浆罐，以及穿过透明管道管体的钻杆，透明管道的排出端通过三通管A与振动筛连通，振动筛通过三通管B与泥浆罐连通，泥浆罐通过三通管C与透明管道连通，其中，三通管A的a端连通透明管道的排出端，三通管A的b端通过球阀A连通振动筛的入口，三通管A的c端通过球阀B与三通管B的a端连通，三通管B的b端连通振动筛的出口，三通管B的c端连通泥浆罐的回收口，泥浆罐底部的循环出口安装有泥浆泵，泥浆泵与三通管C的a端连通，三通管C的c端通过球阀C通向泥浆罐顶部的循环入口，三通管C的b端通过球阀D与三通管D的a端连通，三通管D的c端与透明管道的注入端连通，三通管D的b端通过岩屑控制阀与岩屑加料装置连通；球阀D与岩屑控制阀之间设有电磁流量计和节流阀，透明管道内设有压力传感器；钻杆顶端安装有由变频控制器控制的调速电机，所述调速电机通过减速箱与钻杆一端连接，钻杆另一端通过分动器与加重砝码连接；在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头，每对中的2个超声多普勒探头分别位于透明管道的顶部和侧面，各对超声多普勒探头沿透明管道轴向均匀分布，超声多普勒探头通过超声波信号采集器与数据处理终端连接；在透明管道侧面和顶部放置摄像机。
所述三通管A、三通管B、三通管C和三通管D均采用透明钢丝软管。
所述透明管道的注入端和排出端各通过锥形转接头与三通管连通，锥形转接头的大头与透明管道连接。
所述岩屑加料装置包括由动力装置驱动的螺旋进料器，螺旋进料器的一端通过岩屑控制阀与三通管D的b端连通，螺旋进料器的另一端安装有进料漏斗。
所述摄像机采用高速摄像机。
所述透明管道采用亚克力材料。
所述钻杆的两端各由一个支撑台支撑。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置是首个针对水平定向钻环空多场耦合模拟钻进的实验系统，包括泥浆循环系统、钻具回转系统、岩屑注入系统、泥浆流场监测系统、图像处理系统：泥浆循环系统主要包括泥浆罐、泥浆泵、球阀、节流阀、电磁流量计、动力端锥形转接头、透明亚克力管道、尾部锥形转接头、振动筛，透明管道可视化程度高，便于观察钻杆的空间形态和岩屑的运动，两个锥形的转接头有助于岩屑与泥浆的混合、环空流场的过渡；钻具回转系统包括变频器、调速电机、减速箱、动力支撑台、地锚、扩孔器、钻杆、分动器、加重砝码、尾部支撑台、尾部盖板组成，变频器、调速电机和减速箱可以提供稳定可调的钻具回转速度，加重砝码提供钻杆的轴向拉力；岩屑注入系统包括螺旋加料斗、加料电机、螺旋加料器、岩屑控制阀，加料动力装置采用调速电机配合变频器控制岩屑注入速度，岩屑控制阀保证泥浆循环系统的密闭性；泥浆流场监测系统主要包括超声多普勒探头、超声波信号采集器、数据处理终端组成，每个流场监测剖面包含两个具有一定偏角的超声波探头，可以实现平面内2D流场分布情况监测；图像处理系统包括顶部和底部高速摄像机、数据处理终端组成，高速摄像机可以记录不同时刻钻杆的运动状态和岩屑床的变化情况；各系统配合可以实现钻杆与泥浆两者之间的耦合运动分析，也可以实现钻杆、泥浆、岩屑三者之间的耦合运动分析；
(2)本发明的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置通过超声多普勒流场监测系统，可以实现非接触式环空流场监测，实验结果更加真实可靠；
(3)本发明的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置通过球阀控制将泥浆罐与泥浆泵串联成为自循环系统，实现自主泥浆配置，节省了外部泥浆搅拌配制装置，能够方便配制实验所需泥浆；
(4)本发明的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置在进入透明管道前设置岩屑注入口，使得泥浆和岩屑充分混合，更符合实际施工情况，实验结果更加可靠；
(5)本发明的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置通过球阀控制将振动筛和三通管串联成为自循环系统，实现从透明管道排出的泥料自主筛分；
(6)本发明所具备的可控参数多，能够针对不同的工况做出适当调节，实验系统应用广泛。
附图说明
图1为本发明的一种水平定向钻多场耦合钻进模拟实验装置示意图。
图2为本发明的扩孔器侧面示意图。
图3为本发明的扩孔器轴向示意图。
图4为本发明的动力端锥形接头侧面示意图。
图5为本发明的动力端锥形接头轴向示意图。
图6为本发明的尾部偏心转接头侧面示意图。
图7为本发明的尾部偏心转接头轴向示意图。
图8为本发明的尾部偏心转接头仰视示意图。
图9为本发明的尾部盖板及加重砝码安装侧面示意图。
图10为本发明的尾部盖板及加重砝码安装轴向示意图。
图11为本发明的动力端支撑台侧面示意图。
图12为本发明的动力端支撑台轴向示意图。
图13为本发明的尾部支撑台示意图。
图14为图1的A-A剖面示意图。
图15为本发明的管道支撑架A侧面示意图。
图16为本发明的管道支撑架A轴向示意图。
上述图中：1-泥浆罐，2-泥浆泵，3-球阀D，4-球阀C，5-球阀A，6-球阀B，7-节流阀，8-电磁流量计，9-动力端锤形转接头，10-透明管道，11-尾部偏心转接头，12-尾部盖板，13-振动筛，14-变频器，15-调速电机，16-减速箱，17扩孔器，18-钻杆，19-分动器，20-加重砝码，21-动力支撑台，22-尾部支撑台，23-地锚，24-地锚，25管道支撑架A，26-管道支撑架B，27-压力传感器，28-加料电机，29-进料漏斗，30-螺旋进料器，31-岩屑控制阀，32-超声多普勒探头，33-超声波信号采集器，34-数据处理终端，35-顶部高速摄像机，36-侧面高速摄像机，37-减速箱密封法兰，38-注浆口，39-排浆口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法，包括以下步骤：
(1)搭建实验环境：
将透明管道水平放置，将钻杆水平穿过透明管道，钻杆的一端连接调速电机，另一端通过分动器悬挂加重砝码，在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头，每对中的2个超声多普勒探头分别位于透明管道的顶部和侧面，各对超声多普勒探头沿透明管道轴向均匀分布，在透明管道侧面和顶部放置摄像机；
(2)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(3)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆回转速度稳定，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(4)调节钻杆回转速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆和岩屑，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(5)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(6)调节岩屑注入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节岩屑注入泥浆的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据。
参照图1，本发明同时提供了一种基于上述方法的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，包括用于观察的透明管道10、与透明管道连通的泥浆罐1，以及穿过透明管道管体的钻杆18，透明管道10可以由管道支撑架A25和管道支撑架B26支撑，透明管道10的排出端通过三通管A与振动筛13连通，振动筛13通过三通管B与泥浆罐1连通，泥浆罐1通过三通管C与透明管道10连通，其中，三通管A的a端连通透明管道10的排出端，三通管A的b端通过球阀A5连通振动筛13的入口，三通管A的c端通过球阀B6与三通管B的a端连通，三通管B的b端连通振动筛13的出口，三通管B的c端连通泥浆罐1的回收口，泥浆罐1底部的循环出口安装有泥浆泵2，泥浆泵2与三通管C的a端连通，三通管C的c端通过球阀C4通向泥浆罐1顶部的循环入口，三通管C的b端通过球阀D3与三通管D的a端连通，三通管D的c端与透明管道10的注入端连通，三通管D的b端通过岩屑控制阀31与岩屑加料装置连通；球阀D3与岩屑控制阀31之间设有电磁流量计7和节流阀8，透明管道10内设有压力传感器27；钻杆18顶端安装有由变频控制器14控制的调速电机15，所述调速电机15通过减速箱16连接在钻杆18顶端。钻杆尾端安装有加重砝码20；在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头32，每对中的2个超声多普勒探头32分别位于钻杆18两侧，各对超声多普勒探头32沿透明管道10轴向均匀分布，超声多普勒探头32通过超声波信号采集器33与数据处理终端34连接；在透明管道10侧面和顶部放置摄像机，位于透明管道10顶部的摄像机称为顶部高速摄像机35，位于透明管道10侧面的摄像机称为侧面高速摄像机36，
所述三通管A、三通管B、三通管C和三通管D均采用透明钢丝软管。
所述透明管道的注入端和排出端各通过锥形转接头与三通管连通，锥形转接头的大头与透明管道连接。位于注入端的锥形转接头称为动力端锤形转接头9，位于排出端的锥形转接头称为尾部偏心转接头11。
所述岩屑加料装置包括由动力装置驱动的螺旋进料器30，螺旋进料器30的一端通过岩屑控制阀31与三通管D的b端连通，螺旋进料器的另一端安装有进料漏斗29，螺旋进料器30可以由加料电机28驱动。
所述摄像机采用高速摄像机。
所述透明管道采用亚克力材料。
所述钻杆的两端各由一个支撑台支撑，位于钻杆顶端的支撑台称为动力支撑台21，如图11和图12所示，位于钻杆尾端的支撑台称为尾部支撑台22，如图13所示，动力支撑台21和尾部支撑台22可以分别由地锚23和地锚24固定于地面，
下面结合本发明提供的装置对实验步骤做详细描述：
(1)参照图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12，将动力支撑台21通过地锚23与地基固定，调速电机15和减速箱16通过螺栓与动力支撑台21固定，将动力端锥形转接头9与减速箱密封法兰37连接，减速箱动力输出依次连接扩孔器17、钻杆18、分动器19，扩孔器17与动力端锥形转接头9配合，可以使注浆口38输入的泥浆、岩屑混合物充分搅拌，符合实际工况。将透明管道10放置于图15和图16所示的管道支撑架A25以及管道支撑架B26上，两端分别与动力端锥形转接头9连接和尾部偏心转接头11连接，将钢丝绳穿过尾部盖板12并连接分动器19和加重砝码20，然后将尾部盖板12与偏心转接头11连接。根据管道长度，将尾部支撑台22通过地锚24与地面连接，通过变频器14调节钻具回转系统进行回转测试。
(2)泥浆管路安装如图1所示，依次连接泥浆罐1、泥浆泵2、球阀D3、球阀C4、节流阀7、电磁流量计8，然后将加料电机28、加料斗29、螺旋加料器30、岩屑控制阀31组装成岩屑注入系统，并通过Y形三通即三通管D与泥浆输入管路一起接入动力端锥形转接头9的注浆口38，将泥浆压力传感器27与透明管道10连接，尾部偏心转接头11的排浆口39与排浆管路连接，并依次连接球阀A5、球阀B6、振动筛13，并最终连通泥浆罐1。
(3)如图1和图14所示，透明管道1上每个剖面预留两个超声多普勒探头32安装孔，根据需要可以调整安装孔的开孔位置，通过超声波信号采集器与数据终端，可以获得剖面流场分布二维数据。
(4)如图1所示，通过顶部高速摄像机35和侧面高速摄像机36，经过计算机图像处理可以获得不同时刻钻杆的空间动态和岩屑床的运动情况，通过加料电机28和岩屑控制阀31调节环空岩屑的注入速度。
(5)打开球阀C4，关闭球阀D3，打开泥浆泵2，可以实现泥浆配制，免去额外泥浆配制装置。
(6)控制钻具回转速度稳定，关闭岩屑控制阀31，打开球阀3和球阀6，关闭球阀C4和球阀A5，通过节流阀7控制循环系统内泥浆泵量，通过流场监测系统，记录不同泥浆流速条件下环空泥浆流场分布情况、钻杆空间动态，以研究不同环空流速对钻杆运动和环空流场的影响。
(7)控制泥浆泵量稳定，此时保持球阀D3和球阀B6打开，球阀C4和球阀A5关闭，通过变频器14调节钻杆回转速度，记录不同转速转速条件下环空泥浆流场分布情况，以研究钻杆转动对环空流场分布的影响。
(8)控制钻具回转速度和岩屑注入速度稳定，打开球阀D3和球阀A5，关闭球阀C4和球阀B6，通过调节节流阀7，根据电磁流量计8的实施显示数据，控制循环系统内泥浆泵量，通过流场监测系统，记录不同泥浆流速条件下环空泥浆流场分布情况、钻杆空间动态以及岩屑床的变化，以研究不同泥浆流速对钻杆运动、环空流场和岩屑床变化的影响。
(9)控制泥浆泵量和钻具回转速度稳定，此时保持球阀D3和球阀A5打开，球阀C4和球阀B6关闭，通过加料电机28和岩屑控制阀31调节岩屑注入速度，记录不同岩屑注入速度条件下环空泥浆流场分布情况、钻杆空间动态以及岩屑床的变化，以研究岩屑产生速度对钻杆运动、环空流场分布和岩屑床变化的影响。
(10)控制泥浆泵量和岩屑注入速度稳定，此时保持球阀D3和球阀A5打开，球阀C4和球阀B6关闭，通过变频器14调节钻杆回转速度，记录不同转速转速条件下环空泥浆流场分布情况、钻杆空间形态以及岩屑床的变化，以研究钻杆转动对环空流场分布和岩屑床变化的影响。
Claims (8)
1.一种水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)搭建实验环境：
将透明管道水平放置，将钻杆水平穿过透明管道，钻杆的一端连接调速电机，另一端通过分动器悬挂加重砝码，在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头，每对中的2个超声多普勒探头分别位于透明管道的顶部和侧面，各对超声多普勒探头沿透明管道轴向均匀分布，在透明管道侧面和顶部放置摄像机；
(2)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(3)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆回转速度稳定，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(4)调节钻杆回转速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调速电机调节钻杆回转速度，向透明管道的注入端以稳定流速输入泥浆和岩屑，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(5)调节泥浆输入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节泥浆输入透明管道的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据；
(6)调节岩屑注入速度，以进行钻杆、泥浆、岩屑耦合运动分析：
调节岩屑注入泥浆的速度，利用调速电机控制钻杆轴向转动，记录岩屑总加入量，测得透明管道的泥浆压力和泥浆流量，利用超声波信号采集器采集剖面流场分布二维数据，利用摄像机采集透明管道中岩屑床和钻杆的水平运动状态数据和垂直运动状态数据。
2.一种基于权利要求1所述方法的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，包括用于观察的透明管道、与透明管道连通的泥浆罐，以及穿过透明管道管体的钻杆，其特征在于：透明管道的排出端通过三通管A与振动筛连通，振动筛通过三通管B与泥浆罐连通，泥浆罐通过三通管C与透明管道连通，其中，三通管A的a端连通透明管道的排出端，三通管A的b端通过球阀A连通振动筛的入口，三通管A的c端通过球阀B与三通管B的a端连通，三通管B的b端连通振动筛的出口，三通管B的c端连通泥浆罐的回收口，泥浆罐底部的循环出口安装有泥浆泵，泥浆泵与三通管C的a端连通，三通管C的c端通过球阀C通向泥浆罐顶部的循环入口，三通管C的b端通过球阀D与三通管D的a端连通，三通管D的c端与透明管道的注入端连通，三通管D的b端通过岩屑控制阀与岩屑加料装置连通；球阀D与岩屑控制阀之间设有电磁流量计和节流阀，透明管道内设有压力传感器；钻杆顶端安装有由变频控制器控制的调速电机，所述调速电机通过减速箱与钻杆一端连接，钻杆另一端通过分动器与加重砝码连接；在透明管道上布置2对以上超声多普勒探头，每对中的2个超声多普勒探头分别位于透明管道的顶部和侧面，各对超声多普勒探头沿透明管道轴向均匀分布，超声多普勒探头通过超声波信号采集器与数据处理终端连接；在透明管道侧面和顶部放置摄像机。
3.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述三通管A、三通管B、三通管C和三通管D均采用透明钢丝软管。
4.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述透明管道的注入端和排出端各通过锥形转接头与三通管连通，锥形转接头的大头与透明管道连接。
5.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述岩屑加料装置包括由动力装置驱动的螺旋进料器，螺旋进料器的一端通过岩屑控制阀与三通管D的b端连通，螺旋进料器的另一端安装有进料漏斗。
6.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述摄像机采用高速摄像机。
7.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述透明管道采用亚克力材料。
8.根据权利要求2所述的水平定向钻环空多场耦合模拟钻进实验装置，其特征在于：所述钻杆的两端各由一个支撑台支撑。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110118080A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置 |
| CN110566116A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-12-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种水平定向钻扩孔气体反循环模拟实验装置及实验方法 |
| CN111075346A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 无锡市钻通工程机械有限公司 | 一种非开挖钻机的电液混合驱动系统及非开挖钻机系统 |
| CN111141482A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-12 | 中国地质大学（武汉） | 水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法 |
| WO2020113898A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 西南石油大学 | 一种模拟深水无隔水管钻井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动试验装置及其方法 |
| CN112227989A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-15 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种可视化水平环空岩屑运移模拟方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101059075A (zh) * | 2006-12-12 | 2007-10-24 | 上海市第二市政工程有限公司 | 模拟水平定向钻孔施工中能预测泥浆性能的一种方法和它的实验装置 |
| US20100181110A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | Harr Robert E | Green directional drilling fluid composition |
| CN103323212A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-09-25 | 西南石油大学 | 一种模拟井筒环空钻井液流动特性的实验装置及方法 |
| CN103334709A (zh) * | 2013-06-17 | 2013-10-02 | 中国石油集团长城钻探工程有限公司 | 一种套管环空注气工艺 |
| CN104763332A (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-08 | 中国石油天然气集团公司 | 一种水平定向钻穿越冲击回转钻进方法及系统 |
| CN104819858A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-05 | 西南石油大学 | 一种评价水平井井下工具可靠性的试验装置 |
-
2015
- 2015-12-24 CN CN201510988083.4A patent/CN105390060B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101059075A (zh) * | 2006-12-12 | 2007-10-24 | 上海市第二市政工程有限公司 | 模拟水平定向钻孔施工中能预测泥浆性能的一种方法和它的实验装置 |
| US20100181110A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | Harr Robert E | Green directional drilling fluid composition |
| CN103334709A (zh) * | 2013-06-17 | 2013-10-02 | 中国石油集团长城钻探工程有限公司 | 一种套管环空注气工艺 |
| CN103323212A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-09-25 | 西南石油大学 | 一种模拟井筒环空钻井液流动特性的实验装置及方法 |
| CN104763332A (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-08 | 中国石油天然气集团公司 | 一种水平定向钻穿越冲击回转钻进方法及系统 |
| CN104819858A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-05 | 西南石油大学 | 一种评价水平井井下工具可靠性的试验装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020113898A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 西南石油大学 | 一种模拟深水无隔水管钻井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动试验装置及其方法 |
| US11255745B2 (en) | 2018-12-05 | 2022-02-22 | Southwest Petroleum University | Test device for simulating longitudinal-lateral-torsional coupled nonlinear vibration of drill string of deepwater riserless drilling and method therefor |
| CN110118080A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置 |
| CN110118080B (zh) * | 2019-05-17 | 2023-12-19 | 中国地质大学（武汉） | 一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置 |
| CN110566116A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-12-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种水平定向钻扩孔气体反循环模拟实验装置及实验方法 |
| CN111075346A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 无锡市钻通工程机械有限公司 | 一种非开挖钻机的电液混合驱动系统及非开挖钻机系统 |
| CN111075346B (zh) * | 2019-12-30 | 2024-04-16 | 无锡市钻通工程机械有限公司 | 一种非开挖钻机的电液混合驱动系统及非开挖钻机系统 |
| CN111141482A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-12 | 中国地质大学（武汉） | 水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法 |
| CN111141482B (zh) * | 2020-01-07 | 2024-05-17 | 中国地质大学（武汉） | 水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法 |
| CN112227989A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-15 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种可视化水平环空岩屑运移模拟方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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