CN105675328B - 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法 - Google Patents

一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105675328B
CN105675328B CN201610188546.3A CN201610188546A CN105675328B CN 105675328 B CN105675328 B CN 105675328B CN 201610188546 A CN201610188546 A CN 201610188546A CN 105675328 B CN105675328 B CN 105675328B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
marine riser
different
oil
experiment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610188546.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105675328A (zh
Inventor
黄志强
王定亚
李东洋
黄凌峰
张波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN201610188546.3A priority Critical patent/CN105675328B/zh
Publication of CN105675328A publication Critical patent/CN105675328A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105675328B publication Critical patent/CN105675328B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress

Abstract

一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，可根据试验需要，改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数等。本发明的有益效果是，可以模拟深水钻井不同工况下的隔水管力学特性，其中包括不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同层次的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井；可以在水池内较为真实有效的模拟深水钻井各种工况下隔水管力学特性，实验效果稳定可靠。

Description

一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法
技术领域
本发明涉及一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，属于海洋石油装备技术领域。
背景技术
海洋油气资源已成为全球能源战略目标的重要组成部分，海洋石油开发已从浅水向深水和超深水发展。但受深水区域钻采环境恶劣条件的限制，其对石油钻采装备提出了更高更苛刻的要求。我国的深水石油勘探装备的研究开发技术已经成为制约我国深水油气开发的瓶颈之一。
隔水管系统是海洋钻井装备中连接海面平台与海底油井的纽带和桥梁，是海洋深水钻井作业中最关键的设备之一。隔水管在工作时，受到了平台的漂移、海浪、海流的共同作用，同时，也受到了钻柱、钻头等钻井设备对隔水管产生的不规则激振力，所以，隔水管受力情况十分复杂。目前，针对隔水管的研究多限于在建立数学公式上的定性分析或静力学分析，有部分试验设计也仅能对其受力做出简单的模拟，特别是钻井设备对隔水管的激振力也只能人为的进行加载，不能模拟海流的组合、变化对隔水管的影响，试验方法并不完善。所以，尚未有一种试验方法能够完全模拟在钻井过程中，隔水管完整的受力情况。为此，研究出新的试验方法，更确切的对海洋隔水管在钻井工况下的力学特性进行分析，为深水环境条件下隔水管的强度设计提供依据，解决隔水管的稳定、安全问题，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为克服现有研究手段不足，提供一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法。本发明能够模拟深水钻井过程中，隔水管受到的横向、纵向作用力和受到的扭矩、振动等复杂的受力工况，从而为深水钻井工况下隔水管力学特性提供研究手段。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案是：
本发明一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，包括以下步骤：
①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体通过支撑座固定在水池上方；将油缸和油马达通过接头连接在支撑架体上；将多节试验用隔水管连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；
②将试验用隔水管挂于张紧环上，并用钢丝绳将张紧环与连接架连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环，施加试验用隔水管所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳的长度，以适应试验需要；
③将下部挠性装置与试验用隔水管连接，将钻杆置于试验用隔水管内，钻杆连接钻头，下放到下部挠性装置下方的井眼内，准备对岩石进行钻进；将应变片贴于试验用隔水管表面，接着往水池中通入水，达到试验用高度，应变片通过将数据传给应变片数据收集仪将数据传给主控工作站；
④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸和油马达进行控制。一方面，液压油从油箱出发，经过过滤器、油泵、调压阀进入电控换向阀，通过控制电控换向阀，向油缸的无杆腔或有杆腔进行供油，改变活塞杆的运动方向，从而控制钻杆的上下运动；同理，另一方面，液压油从油箱出发，经过过滤器、油泵、调压阀进入电控换向阀，通过控制电控换向阀，控制油马达的正转或者反转，从而控制钻杆的正反转。所述调压阀能够通过观察压力表进行调节压力，所述油泵由油泵电机驱动，油泵电机受油泵电机控制器控制，油泵电机控制器和电控换向阀均与数据采集与控制器连接，由主控工作站控制，所述油缸上设有油缸位移传感器，以收集油缸参数传给主控工作站；
⑤开启空气压缩机，通过空气压缩机控制系统来控制往井底打入的空气，模拟空气钻井；
⑥开启潜水泵，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵的开启顺序及排量，得到海流、海浪的不同组合和流速；
⑦通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数即可得到不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同组合的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。
本发明具有的优点和有益效果是：1、本发明可以对深水钻井不同工况下的隔水管力学特性进行模拟，其中包括对不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同层次的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井情形的模拟。因此可以较为真实有效的得出深水钻井各种工况下的隔水管力学特性，实验效果稳定可靠。2、本发明通过控制潜水泵的开启顺序和排量，来对海流复杂多变的组合和变化进行模拟，能更真实的对隔水管在深水中的工作情况进行模拟试验，得到详实可靠的数据。3、本发明通过控制与隔水管模型连接的张紧环，来对隔水管模型施加不同的张紧力，因此可以研究实际情况下不同张紧力对隔水管模型力学特性的影响规律。4、本发明通过控制油缸和油马达，可以对钻杆的上下运动和正反转运动、以及钻压和扭矩进行模拟，可真实模拟钻井过程，可开展对钻杆的振动和摆动对隔水管影响的实验研究。5、本发明还可开展在海洋钻井中运用空气钻井技术效果的实验研究。
附图说明
图1为本发明一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法利用的试验装置结构示意图；
图2为本发明的液压控制系统示意图。
图中，1.潜水泵、2.试验用隔水管、3.支撑座、4.张紧环、5.支撑架体、6.钢丝绳、7.连接架、8.油缸、9.油马达、10.接头、11.应变片、12.钻杆、13.下部挠性装置、14.钻头、15.岩石、16.水池、17.油缸位移传感器、18.调压阀、19.电控换向阀、20.调压阀、21.压力表、22.油泵、23.过滤器、24..油泵电机、25.油箱、26.油泵电机控制器、27.数据采集与控制器、28.主控工作站、29.应变片数据采集仪、30.空气压缩机控制系统、31.空气压缩机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施步骤进行说明：
如图1、图2所示，本发明一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，包括以下步骤：
①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体5通过支撑座3固定在水池16上方；将油缸8和油马达9通过接头10连接在支撑架体5上；将多节试验用隔水管2连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；
②将试验用隔水管2挂于张紧环4上，并用钢丝绳6将张紧环4与连接架7连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环4，施加试验用隔水管2所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳6的长度，以适应试验需要；
③将下部挠性装置13与试验用隔水管2连接，将钻杆12置于试验用隔水管2内，钻杆12连接钻头14，下放到下部挠性装置13下方的井眼内，准备对岩石15进行钻进；将应变片11贴于试验用隔水管2表面，接着往水池16中通入水，达到试验用高度，应变片11通过将数据传给应变片数据收集仪29将数据传给主控工作站28；
④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸8和油马达9进行控制。一方面，液压油从油箱25出发，经过过滤器23、油泵22、调压阀20进入电控换向阀19，通过控制电控换向阀19，向油缸8的无杆腔或有杆腔进行供油，改变活塞杆的运动方向，从而控制钻杆12的上下运动；同理，另一方面，液压油从油箱25出发，经过过滤器23、油泵22、调压阀20进入电控换向阀19，通过控制电控换向阀19，控制油马达9的正转或者反转，从而控制钻杆12的正反转。所述调压阀20能够通过观察压力表21进行调节压力，所述油泵22由油泵电机24驱动，油泵电机24受油泵电机控制器26控制，油泵电机控制器26和电控换向阀19均与数据采集与控制器27连接，由主控工作站28控制，所述油缸8上设有油缸位移传感器17，以收集油缸参数传给主控工作站28；
⑤开启空气压缩机31，通过空气压缩机控制系统30来控制往井底打入的空气，模拟空气钻井；
⑥开启潜水泵1，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵1的开启顺序及排量，得到海流、海浪的不同组合和流速；
⑦通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数即可得到不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同组合的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。

Claims (2)

1.一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体(5)通过支撑座(3)固定在水池(16)上方；将油缸(8)和油马达(9)通过接头(10)连接在支撑架体(5)上；将多节试验用隔水管(2)连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；
②将试验用隔水管(2)挂于张紧环(4)上，并用钢丝绳(6)将张紧环(4)与连接架(7)连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环(4)，施加试验用隔水管(2)所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳(6)的长度，以适应试验需要；
③将下部挠性装置(13)与试验用隔水管(2)连接，将钻杆(12)置于试验用隔水管(2)内，钻杆(12)连接钻头(14)，下放到下部挠性装置(13)下方的井眼内，准备对岩石(15)进行钻进；将应变片(11)贴于试验用隔水管(2)表面，接着往水池(16)中通入水，达到试验用高度，应变片(11)通过将数据传给应变片数据收集仪(29)将数据传给主控工作站(28)；
④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸(8)和油马达(9)进行控制；
⑤开启空气压缩机(31)，通过空气压缩机控制系统(30)来控制往井底打入的空气，模拟空气钻井；
⑥开启潜水泵(1)，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵(1)的开启顺序及排量，得到海流、海浪的不同组合和流速；
⑦通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数即可得到不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同组合的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，其特征还在于：一方面，液压油从油箱(25)出发，经过过滤器(23)、油泵(22)、调压阀(20)进入电控换向阀(19)，通过控制电控换向阀(19)，向油缸(8)的无杆腔或有杆腔进行供油，改变活塞杆的运动方向，从而控制钻杆(12)的上下运动；同理，另一方面，液压油从油箱(25)出发，经过过滤器(23)、油泵(22)、调压阀(20)进入电控换向阀(19)，通过控制电控换向阀(19)，控制油马达(9)的正转或者反转，从而控制钻杆(12)的正反转；所述调压阀(20)能够通过观察压力表(21)进行调节压力，所述油泵(22)由油泵电机(24)驱动，油泵电机(24)受油泵电机控制器(26)控制，油泵电机控制器(26)和电控换向阀(19)均与数据采集与控制器(27)连接，由主控工作站(28)控制，所述油缸(8)上设有油缸位移传感器(17)，以收集油缸参数传给主控工作站(28)。
CN201610188546.3A 2016-03-29 2016-03-29 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法 Expired - Fee Related CN105675328B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610188546.3A CN105675328B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610188546.3A CN105675328B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105675328A CN105675328A (zh) 2016-06-15
CN105675328B true CN105675328B (zh) 2018-05-01

Family

ID=56225566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610188546.3A Expired - Fee Related CN105675328B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105675328B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107420086B (zh) * 2017-06-12 2021-04-30 中国石油天然气股份有限公司 深水导管下入过程中钻杆转速的模拟方法及系统
CN107587849B (zh) * 2017-07-12 2019-07-09 中国石油天然气股份有限公司 深水钻井导管
NL2019427B1 (en) * 2017-08-18 2019-02-25 Itrec Bv Running a subsea riser string.
CN107907313A (zh) * 2017-09-25 2018-04-13 西南石油大学 一种利用电阻应变仪模拟深海钻井平台避台时隔水管的受力的装置
CN107965309B (zh) * 2017-11-21 2021-06-25 中国神华能源股份有限公司 用于钻井作业的冲击模拟机构及冲击模拟方法
CN108187502B (zh) * 2018-01-26 2021-03-09 李永国 反渗透膜壳自动检测装置及其检测方法
CN108645582B (zh) * 2018-05-31 2022-04-22 西南石油大学 一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法
CN109282959B (zh) * 2018-12-03 2023-07-04 河南理工大学 一种深孔钻杆小型振动模拟试验装置
CN110174141B (zh) * 2019-06-26 2023-08-01 长江大学 一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置及测试方法
CN110593782B (zh) * 2019-10-12 2021-07-23 西南石油大学 一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置
CN110878691A (zh) * 2019-11-13 2020-03-13 中国海洋石油集团有限公司 一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法
CN111649925B (zh) * 2020-06-01 2022-04-19 河海大学 一种基于透明土的管道变形分布式监测装置及监测方法
CN112878985A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国石油大学(北京) 反冲力学特性的模拟实验装置及模拟实验方法
CN113607400B (zh) * 2021-08-13 2024-03-08 中国石油大学(华东) 一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置
CN114183123B (zh) * 2021-12-16 2024-01-30 中国石油大学(北京) 钻井模拟实验装置及实验方法
CN115822575A (zh) * 2022-11-04 2023-03-21 中国地质科学院勘探技术研究所 一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7540200B2 (en) * 2003-06-09 2009-06-02 Exxonmobil Upstream Research Company Method and apparatus for fluid flow testing
WO2011017754A1 (en) * 2009-08-13 2011-02-17 Benthic Geotech Pty Ltd Pipeline simulation device
CN103292970B (zh) * 2013-05-09 2015-05-13 西南石油大学 一种深水钻井工况下隔水管振动特性模拟试验装置及试验方法
CN103726832B (zh) * 2013-12-25 2016-01-06 西南石油大学 一种基于深水钻井工况下的隔水管力学行为试验模拟系统及试验方法
CN104266854B (zh) * 2014-08-08 2015-09-23 西南石油大学 一种基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管力学行为试验系统及其试验方法
CN105136598B (zh) * 2015-08-04 2018-03-30 西南石油大学 一种深水钻井隔水管与钻柱磨损模拟试验装置及试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105675328A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105675328B (zh) 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法
CN105890869B (zh) 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置
CN105089498B (zh) 深水喷射下导管钻井实验装置及实验方法
US10612537B2 (en) Hydraulic oil well pumping system, and method for pumping hydrocarbon fluids from a wellbore
CN109632223A (zh) 一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置及其方法
US8448703B2 (en) Downhole formation tester apparatus and methods
CN103726832A (zh) 一种基于深水钻井工况下的隔水管力学行为试验模拟系统及试验方法
CN102305021A (zh) 一种模拟空气钻井井下钻具动态力学特征的实验方法
CN107067867B (zh) 一种煤层气排采职业考核模拟系统及方法
CN202451142U (zh) 一种井下环境模拟装置
CN102748015B (zh) 一种地层压力模拟装置及方法
CN106370789B (zh) 一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置及方法
CN112727444B (zh) 一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法
CN202718673U (zh) 用于底水油藏的可视化物理模拟装置
CN101338668B (zh) 测定钻井液溢漏的方法及系统
CN107386971B (zh) 一种连续油管钻井机器人地面实验模拟装置及方法
CN101800000B (zh) 多角度水平分支井天然气开采模拟装置
CN107448146A (zh) 深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统
CN206057093U (zh) 一种钻屑法预测冲击地压实验模拟系统
CN107218028A (zh) 深水导管下入过程中钻头伸出量的模拟方法及系统
CN110878691A (zh) 一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法
CN107420087A (zh) 深水导管下入过程中水力喷射参数的模拟方法及系统
CN201517369U (zh) 多角度水平分支井天然气开采模拟装置
CN114183123B (zh) 钻井模拟实验装置及实验方法
CN111997601B (zh) 测量岩屑含量对天然气水合物钻井冲蚀影响的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180501

Termination date: 20190329

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee