CN105863627A - 高温钻进实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温钻进实验装置，是由高温流体仓、回转钻进系统、冲洗液循环系统和钻进控制记录系统组成，高温流体仓和冲洗液循环系统分别固定设置在回转钻进系统内，钻进控制记录系统通过线缆分别与高温流体仓、回转钻进系统和冲洗液循环系统相连接；本发明公开的高温钻进实验装置在实验室内模拟高温地层条件进行钻进实验，开展小尺寸钻头钻进岩石实验，通过对岩石破碎效果、效率、钻进参数等的数据采集，研究高温地层钻进岩石破碎的机理变化以及钻头磨损特征，总结钻进规律，用于指导超深井和干热岩地层的钻头结构设计和钻进参数选择，提高取心效率和降低成本提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及钻进实验领域，特别涉及一种高温钻进实验装置。
背景技术
随着工业经济的发展，地球浅层常规能源和资源消耗殆尽，勘探开发工作不断向深部和复杂地层发展，深部地质勘探也是人类科学探索的需要。研究显示，深度每增加1000m，地层的温度平均上升30℃，超万米钻井井底地层温度将超过300℃；干热岩开发是目前国际新能源开发的一大热点，拥有广阔的应用前景，岩层温度一般超过200℃，温度越高开发价值越大。然而，岩石力学研究表明，随着温度的上升，岩石的物理力学性质会发生显著的变化，此外，钻头材料一般为金属材料，高温下性能也会发生变化。因此，需要对高温条件下的钻进过程中的岩石破碎过程和钻头材料磨损的机理规律进行探究，以满足超深钻井和干热岩地层钻井的需要。目前的岩石钻进试验台大多是针对常温条件设计的，少量存在的高温高压钻井模拟装置结构复杂、体积庞大，多数是针对井下动力钻具试验而设计的，且地层受压情况复杂现有设备仅能对压力进行简单的模拟与实际情况差距较大，缺少专门用于高温钻进试验的装置。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有岩石钻进试验台大多是针对常温条件设计的，少量存在的高温高压钻井模拟装置结构复杂、体积庞大，多数是针对井下动力钻具试验而设计的，且地层受压情况复杂现有设备仅能对压力进行简单的模拟与实际情况差距较大，缺少专门用于高温钻进试验的装置等问题，而提供一种高温钻进实验装置。
本发明是由高温流体仓、回转钻进系统、冲洗液循环系统和钻进控制记录系统组成，高温流体仓和冲洗液循环系统分别固定设置在回转钻进系统内，钻进控制记录系统通过线缆分别与高温流体仓、回转钻进系统和冲洗液循环系统相连接；
高温流体仓包括保温仓体、夹紧机构、加热元件和搅拌器，夹紧机构固定设置在保温仓体上端，加热元件和搅拌器分别固定设置在保温仓体右侧；
回转钻进系统包括驱动电机、横梁、立柱、给进机构、高温回转密封和钻具和底座，立柱固定设置在底座上，横梁设置在立柱上，给进机构分别连接在横梁和立柱上，驱动电机固定设置在横梁上，高温回转密封和钻具分别设置在驱动电机下端；
冲洗液循环系统包括高温泵、过滤池、阀件和高温管线，高温泵固定设置在底座上，过滤池设置在高温泵右侧，高温管线两端分别连接在高温泵和高温回转密封上，阀件设置在高温管线上；
钻进控制记录系统包括钻进控制记录仪、位移传感器和温度传感器，位移传感器固定设置在给进机构上，位移传感器通过线缆连接在钻进控制记录仪上。
本发明的工作原理和过程：
工作时，夹紧机构夹紧岩石样品后，加热元件加热保温仓体内的导热流体，导热流体携带热量加热岩石样品，搅拌器使导热流体温度分布均匀，给进机构带动横梁和驱动电机沿立柱上下移动，驱动电机驱动高温回转密封和钻具回转钻进岩石样品，高温泵将经过滤池过滤的导热流体泵入高温管线，经过高温回转密封和钻具的内部通道携带钻进产生的岩粉岩屑返回高温流体仓中，钻进控制记录仪通过线缆控制加热元件、搅拌器、驱动电机、给进机构、高温泵，并显示上述各设备的运行参数，显示和记录位移传感器和温度传感器的信号。
本发明的有益效果：
本发明公开的高温钻进实验装置在实验室内模拟高温地层条件进行钻进实验，开展小尺寸钻头钻进岩石实验，通过对岩石破碎效果、效率、钻进参数等的数据采集，研究高温地层钻进岩石破碎的机理变化以及钻头磨损特征，总结钻进规律，用于指导超深井和干热岩地层的钻头结构设计和钻进参数选择，提高取心效率和降低成本提供依据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明是由高温流体仓1、回转钻进系统2、冲洗液循环系统3和钻进控制记录系统4组成，高温流体仓1和冲洗液循环系统3分别固定设置在回转钻进系统2内，钻进控制记录系统4通过线缆42分别与高温流体仓1、回转钻进系统2和冲洗液循环系统3相连接；
高温流体仓1包括保温仓体11、夹紧机构13、加热元件14和搅拌器15，夹紧机构13固定设置在保温仓体11上端，加热元件14和搅拌器15分别固定设置在保温仓体11右侧；
回转钻进系统2包括驱动电机21、横梁22、立柱23、给进机构24、高温回转密封25和钻具26和底座27，立柱23固定设置在底座27上，横梁22设置在立柱23上，给进机构24分别连接在横梁22和立柱23上，驱动电机21固定设置在横梁22上，高温回转密封25和钻具26分别设置在驱动电机21下端；
冲洗液循环系统3包括高温泵31、过滤池32、阀件33和高温管线34，高温泵31固定设置在底座27上，过滤池32设置在高温泵31右侧，高温管线34两端分别连接在高温泵31和高温回转密封25上，阀件33设置在高温管线34上；
钻进控制记录系统4包括钻进控制记录仪41、位移传感器43和温度传感器44，位移传感器43固定设置在给进机构24上，位移传感器43通过线缆42连接在钻进控制记录仪41上。
本发明的工作原理和过程：
参阅图1所示，工作时，夹紧机构13夹紧岩石样品12后，加热元件14加热保温仓体11内的导热流体16，导热流体16携带热量加热岩石样品12，搅拌器15使导热流体16温度分布均匀，给进机构24带动横梁22和驱动电机21沿立柱23上下移动，驱动电机21驱动高温回转密封25和钻具26回转钻进岩石样品12，高温泵31将经过滤池32过滤的导热流体16泵入高温管线34，经过高温回转密封25和钻具26的内部通道携带钻进产生的岩粉岩屑返回高温流体仓1中，钻进控制记录仪41通过线缆42控制加热元件14、搅拌器15、驱动电机21、给进机构24、高温泵31，并显示上述各设备的运行参数，显示和记录位移传感器43和温度传感器44的信号。
Claims (1)
1.一种高温钻进实验装置，其特征在于：是由高温流体仓(1)、回转钻进系统(2)、冲洗液循环系统(3)和钻进控制记录系统(4)组成，高温流体仓(1)和冲洗液循环系统(3)分别固定设置在回转钻进系统(2)内，钻进控制记录系统(4)通过线缆(42)分别与高温流体仓(1)、回转钻进系统(2)和冲洗液循环系统(3)相连接；
高温流体仓(1)包括保温仓体(11)、夹紧机构(13)、加热元件(14)和搅拌器(15)，夹紧机构(13)固定设置在保温仓体(11)上端，加热元件(14)和搅拌器(15)分别固定设置在保温仓体(11)右侧；
回转钻进系统(2)包括驱动电机(21)、横梁(22)、立柱(23)、给进机构(24)、高温回转密封(25)和钻具(26)和底座(27)，立柱(23)固定设置在底座(27)上，横梁(22)设置在立柱(23)上，给进机构(24)分别连接在横梁(22)和立柱(23)上，驱动电机(21)固定设置在横梁(22)上，高温回转密封(25)和钻具(26)分别设置在驱动电机(21)下端；
冲洗液循环系统(3)包括高温泵(31)、过滤池(32)、阀件(33)和高温管线(34)，高温泵(31)固定设置在底座(27)上，过滤池(32)设置在高温泵(31)右侧，高温管线(34)两端分别连接在高温泵(31)和高温回转密封(25)上，阀件(33)设置在高温管线(34)上；
钻进控制记录系统(4)包括钻进控制记录仪(41)、位移传感器(43)和温度传感器(44)，位移传感器(43)固定设置在给进机构(24)上，位移传感器(43)通过线缆(42)连接在钻进控制记录仪(41)上。
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