CN107448146A - 深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统，该方法包括：结合深水工程地质特征，配制具有相似性的实验用的分层土体；根据相似性原理构建钻压模拟系统，维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压；采集预定的参考信号，所述参考信号包括：表示所述喷射下入装置的提拉力大小的拉力信号，表示所述喷射下入装置的导管下入距离的位移信号、表示所述分层土体内压力大小的压力信号；根据采集的所述参考信号，选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。本发明提供的深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统，能够对深水导管下入过程的钻压进行室内实验模拟和评价。
Description
技术领域
本发明涉及深水钻井中的导管喷射下入技术领域，特别涉及一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统。
背景技术
在海洋工程油气钻井行业中，喷射下入导管技术在实施时由于能达到节约钻井作业的时间，并能达到降低钻井的风险和成本的效果，因此成为一项广泛应用的技术。进一步的，针对深水区域的油气田开发而专门设计了一种深水喷射导管吸入技术，其是在喷射钻井和泥浆马达应用的基础上发展起来的新工艺。该技术在实施时将钻头和泥浆马达通过导管下入专门工具与导管一起组成喷射下入管柱串，简称钻柱。其中，钻头的主要作用是破碎导管管鞋前的泥土，后续再通过钻柱泵入泥浆把岩屑从导管内壁与钻柱之环形空间携带出井底后直接排入海床。在下入过程中，导管在其自重和整个钻柱等的重力作用下随钻头钻出的领眼下沉并挤压周围地层直至设计深度。当下入至设计深度后，经过一定的“等待时间”，导管与地层粘土之间建立了胶结应力，并随时间增长而加固，从而确保导管被“悬住”而不下沉。
在利用喷射下入导管技术时，需要确定导管的下入深度和下入过程中的施工参数。一方面，若导管的设计下入深度过大，则可造成经济上的浪费，甚至造成导管下不进去，海底井口出露泥面线过高而造成井眼报废；另一方面，若导管的设计下入深度过小，则可能造成导管管柱承载力不足、井口下陷失稳等安全事故，同样造成巨大经济浪费。此外，下入过程中的核心施工参数之一为钻压的大小。因此，有必要提出一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统，以进行钻压的模拟和评价，从而获取合理的钻压参数，为深水导管喷射下入提供依据，最终实现提高钻井效率，节省昂贵的深水钻井费用。
发明内容
本发明的目的是提供一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统，能够对深水导管下入过程的钻压进行室内实验模拟和评价。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法，包括：
结合深水工程地质特征，配制具有相似性的实验用的分层土体；
根据相似性原理构建钻压模拟系统，包括：将喷射下入装置安装在所述实验架上，在所述喷射下入装置与所述实验架连接的位置设置拉力传感器；在所述喷射下入装置上方设置位移传感器；将所述喷射下入装置与射流泵相连通，其中，所述喷射下入装置中设置有配重块，所述配重块包括多个重量等级；
维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压；
采集预定的参考信号，所述参考信号包括：表示所述喷射下入装置的提拉力大小的拉力信号，表示所述喷射下入装置的导管下入距离的位移信号、表示所述分层土体内压力大小的压力信号；
根据采集的所述参考信号，选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
在一个优选的实施方式中，所述喷射下入装置还设置有钻杆和套设在钻杆外的导管，所述钻杆的下端设置有钻头，所述预定的实验条件包括：预定的钻杆转速、预定的钻头伸出量。
一种深水导管下入过程中钻压的模拟系统，包括：
实验架、设置有分层土体的土箱、喷射下入装置、射流泵、多通道数据采集器、控制器、位移传感器、压力传感器、拉力传感器；其中，
所述喷射下入装置设置有：导管和包括多个重量等级的配重块；
所述控制器中存储有导管的目标下入距离；所述控制器与所述多通道数据采集器电性连接；
所述多通道数据采集器与所述位移传感器、压力传感器、拉力传感器、射流泵电性连接，
维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压，每次当所述位移传感器检测到的位移信号表示所述导管下入目标下入距离后，所述控制器通过所述多通道数据采集器向所述射流泵和喷射下入装置发送关闭信号，根据各个传感器采集的信号，所述控制器选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
在一个优选的实施方式中，所述压力传感器为分布式光纤压力传感器，所述压力传感器沿着土应力测点沿垂直方向等间距设置，且沿导管径向等间距设置。
在一个优选的实施方式中，所述喷射下入装置包括：
导管，其具有沿纵向延伸的腔室；
压盖，其套设在所述导管的上端；所述压盖上设置有排液孔，所述排液孔与所述腔室连通，供所述腔室内的液体排出；
钻井组件，其包括：
马达，其设置有转动轴；
钻杆，其穿设在所述导管内，其下端设置有钻头，其上端与所述转动轴连接；
注液头，其设置在所述转动轴的上端，供液体注入所述钻杆内；
配重块，其位于所述注液头的上部，用于调节所述钻杆组件的钻井压力。
在一个优选的实施方式中，还包括用于调节所述钻头相对所述导管的下端伸出程度的调节机构。
在一个优选的实施方式中，所述调节机构设置在所述压盖和所述导管之间。
在一个优选的实施方式中，所述调节机构为调节螺栓和螺纹孔的配合机构，所述压盖上形成有沿纵向延伸的第一延伸部，所述第一延伸部套设在所述导管的上端，所述第一延伸部上沿周向或纵向分布有多个螺纹孔，所述调节螺栓能穿设在所述螺纹孔上。
在一个优选的实施方式中，在所述压盖上且位于所述第一延伸部的内侧还设置有第二延伸部，所述第一延伸部和第二延伸部形成同心圆环腔，所述导管的上端能卡入所述第一延伸部与所述第二延伸部形成的同心圆环腔内。
在一个优选的实施方式中，所述注液头与所述转动轴之间设置有转动密封球形头，所述注液头与所述转动密封球形头固定连接，所述转动轴与所述转动密封球形头转动连接。
在一个优选的实施方式中，所述马达设置在所述压盖上，所述马达为电动马达或者液动马达。
本发明的特点和优点是：本发明提供的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，通过喷射下入装置中的多个不同重量等级的配重块，可模拟下入过程中钻压对导管下入过程的影响分析，进而可对深水导管下入过程的钻压施工参数进行室内实验评价，以研究海底土土质条件与下入管柱工艺参数的复杂线性相关关系，从而获取合理的钻压参数，为深水导管喷射下入提供依据，最终实现提高钻井效率，节省昂贵的深水钻井费用。
通过本申请所述的深水导管下入过程中钻压的模拟方法，可以获取不同性质的土体条件下，各个参数之间的优化组合，特别是在其他参数一定的情况下，通过多次调整所述配重块的重量等级，从而调节钻压，实现了喷射导管下入管柱中的目标钻压的适应性研究和确定，优选出了钻压。通过优选出深水导管下入过程中的钻压，可以指导实际的深水导管下入过程，从而提高喷射下入的下入效率、减少安全事故。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本申请实施方式中一种深水导管下入过程中钻压的模拟系统的结构示意图；
图2是本申请实施方式中一种喷射下入装置的结构示意图；
图3是本申请实施方式中一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法的步骤流程图。
附图标记说明：
1-实验架；2-土箱；3-喷射下入装置；4-位移传感器；5-压力传感器；6-分层土体；7-射流泵；8-多通道数据采集器；9-控制器；10-拉力传感器；31-吊环；32-配重块；33-注液头；34-密封接头；35-马达；36-转动轴；37-压盖；38-排液孔；311-钻杆；312-导管；313-扶正件；314-钻头；315-腔室；111、第一延伸部；112、第二延伸部；39-调节件。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
进行深水导管下入设计时，需对下入管柱进行模拟与设计计算，以研究海底地层的土质条件与下入控制性参数(钻压、钻井液排量、钻杆转速、钻头伸长量、钻头尺寸、导管下入速度等)的复杂非线性关系。进而，针对不同地层优选钻头类型、优选钻井参数，实现水力喷射辅助破土的能力，不仅能极大地节约时间，而且还节省昂贵的深水钻井费用，提高钻井效率效果十分明显，对喷射下入技术意义重大。
本发明提供一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法及系统，可对深水导管下入过程的钻压施工参数进行室内实验模拟和评价，从而获取合理的钻压参数，为深水导管喷射下入提供依据，最终实现提高钻井效率，节省昂贵的深水钻井费用。
请参阅图1和图2，本申请实施方式中提供一种深水导管下入过程中钻压的模拟系统，该系统可以包括：实验架1、设置有分层土体6的土箱2、喷射下入装置3、射流泵7、多通道数据采集器8、控制器9、位移传感器4、压力传感器5、拉力传感器10。
在本实施方式中，实验架1可以架设在土箱2的外围，其可以用于提供所述喷射下入装置3的悬挂力。具体的，所述实验架1可以具有一水平板和支撑所述水平板的多个支板，多个支板可以固定在实验架1所安放在的平面上。此外，所述实验架1的形式并不限于上述举例，本申请在此并不作具体的限定。另外，所述拉力传感器10可以固定在所述实验架1上。例如，可以固定在所述水平板上。
所述拉力传感器10与所述喷射下入装置3之间可以设置有连接件，该连接件一端与所述拉力传感器10连接，另一端与所述喷射下入装置3连接。所述拉力传感器10可以设置在所述连接件上。具体的，该连接件的形式可以为钢丝绳等，或者还可以为其他形式，本申请在此并不作具体的限定。所述拉力传感器10用来求算下入重力，即钻压。
在本实施方式中，土箱2可以用于容纳模拟海底地层的土体，具体的，该土箱2可以呈中空的箱体状，其具有底壁和围设在该底壁周围的侧壁。该土箱2的截面形状可以呈矩形，也可以呈圆形等，甚至也可以为其他不规则的形状，具体的本申请在此并不作具体的限定。
在本实施方式中，所述土箱2具有一定的深度，所述土箱2内按照海底底层土体的分布情况，设置有分层土体6，以模拟目标海底区域的土体分布。
在本实施方式中，喷射下入装置3可以用于将导管312下入设计深度。具体的，请结合参阅图2，本申请实施方式中提供的一种喷射下入装置3可以包括：导管312，其具有沿纵向延伸的腔室315；压盖37，其套设在导管312的上端；在导管312上端的压盖37上设置有排液孔38，排液孔38与腔室315连通，供腔室315内的液体排出；钻井组件，其包括：马达35，其设置有转动轴36；钻杆311，其至少部分穿设在导管312内，钻杆311的下端设置有钻头314，其上端与转动轴36连接；配重块32，其设置在导管312的上部，其用于调节钻杆311的钻压；注液头33，其设置在转动轴36的上端，供液体注入钻杆311内。
利用本申请提供的喷射下入装置3，可以在实验室中进行各参数的调节，分析深水喷射钻井导管312的喷射下入工艺中各参数对下入过程的影响。其中，配重块32的设计可模拟并分析不同的钻井压力对钻井导管312下入的影响分析；马达35可模拟并分析钻杆311转速对钻井导管312下入过程的影响；排液孔38的设计，可模拟井底返出钻井液排出通道，进而确定钻井液排出的流量对钻井导管312下入过程的影响；注液头33可控制钻井液的注入量，可分析钻井液的注入量对钻井过程的影响，通过上述的各部件可以进行各参数的优化，从而提高钻井导管312在实际施工过程中的施工效率。
在本实施方式中，导管312可以具有一沿纵向延伸的腔室315(在工作状态下)。其中，该腔室315可以为圆柱形的腔室315，使得钻杆311能穿设在导管312内并能相对导管312转动。压盖37可以为上端封闭且下端敞开的盖体。压盖37的内径和导管312的外径相适配，进而使得压盖37可以套设在导管312上，进而将导管312的上端封堵。其中，套设的方式可以包括螺纹连接、卡接或者焊接。当然，导管312还可以为其它结构，并不限于本实施方式限制的结构。
钻井组件可以包括钻杆311以及与钻杆311传动连接的马达35。钻杆311用于钻入地层(实验室的实验地层，其中实验地层的参考也可以调整)。具体的，钻杆311可以至少部分套设在导管312内。钻杆311的上端可以与压盖37转动连接。钻杆311的下端可以设置有钻头314，钻头314在钻杆311的带动下向下钻井。为了方便马达35带动钻杆311转动，马达35可以设置在压盖37上。马达35与钻杆311之间可以通过转动轴36的方式进行传动连接，使得马达35能带动钻杆311进行转动。马达35可模拟并分析钻杆311转速对钻井导管312下入过程的影响，分析深水喷射钻井导管312的喷射下入工艺中转速对钻井导管312下入过程的影响，进而进行参数的优化，从而提高在实际施工过程中的施工效率。其中，马达35可以包括电动马达35以及液动马达35中的至少一种。马达35与钻杆311之间的传动方式也不限于转动轴36连接的方式，还可以为齿轮连接或者链条连接，本申请对此不作限制。
在一可选的实施方式中，导管312内还可以设置有扶正件313，其用于对钻杆311进行扶正。
在本实施方式中，转动轴36的上端可以设置有注液头33，注液头33与钻杆311连通，其用于向钻杆311内注入液体。液体进入钻杆311内后能将钻头314钻出的地层组分从排液孔38不断地排出，进而能保证钻头314持续地向下钻入。
在本实施方式中，排液孔38可以设置在压盖37上，排液孔38与腔室315连通，供腔室315内的液体排出。具体的，排液孔38可以设置在压盖37的上端或者沿周向设置在压盖37的侧壁上。较佳的，排液孔38可以设置在压盖37的侧壁上，且沿周向等间隔设置。排液孔38与腔室315连通，进而形成能工腔室315内的钻井液排出的通道，确定钻井液排出的流量对钻井导管312下入过程的影响，进而进行参数的优化，从而提高在实际施工过程中的施工效率。其中，排液孔38的数量越多，钻井液排出的流量就越大。
配重块32可以设置在压盖37的上部，其通过改变自身的重量或者改变施加给导管312的压力的值，进而调节钻杆311的钻井压力。配重块32能向压盖37施加一压力，该压力进而可以作用与钻杆311上，使得钻杆311具有朝向钻入方向的钻井压力，使得钻杆311能持续地向下钻井。其中，配重块32为可以调节自重或者通过液压调节的方式调节对压盖37的压力，使得实验者在实验室中通过调节配重块32施加给压盖37的压力，分析深水喷射钻井导管312的喷射下入工艺中钻井压力对钻井导管312下入过程的影响，进而进行参数的优化，从而提高在实际施工过程中的施工效率。具体的，该配重块32可以包括多个重量等级；当调整所述配重块的重量等级，可以调节钻压。
在一可选的实施方式中，注液头33以上位置固定有用于设置配重块32的限位部，限位部的上端设置有吊环31。限位部上可以套设有多个不同质量的配重块32，进而使配重块32向钻杆311提供不同的钻井压力。
在本实施方式中，喷射下入装置3还包括有调节件39，调节件39用于调节钻杆311的下端伸出导管312的部分的长度。具体的，调节件39可以设置在压盖37和导管312之间，使得调节件39可以调节导管312相对于压盖37的位置，即导管312的上端和压盖37的底壁之间的距离可以调节，当距离缩短时，钻杆311下端伸出导管312的部分的长度变长，当距离增大时，钻杆311下端(钻头314)伸出导管312的部分的长度减小。本申请的该设计方式可以在实验室中实现通过模拟钻井导管312下入过程中的不同钻头314伸出量，以研究不同钻头314伸出量情况下，管柱组合对特定海底土质条件的破土效率，进而进行参数的优化，从而提高在实际施工过程中的施工效率。
在一具体的实施方式中，调节件39可以为调节螺栓和螺纹孔的配合机构。调节螺栓可以设置在压盖37和导管312之间。例如，调节螺栓可以与导管312螺纹连接，调节螺栓的端部再与导管312的外壁相抵。当进行钻头314伸出量的调节时，操作人员可以先拧松调节螺栓，然后调整压盖37和导管312之间的相对位置，使钻头314的伸出符合要求的长度，然后再拧紧调节螺栓。当然，本实施方式并不对本申请中的调节件39作具体的限制，只要满足调节件39能调节钻头314的伸出量，都是符合本申请的要求。
具体的，压盖37上形成有沿纵向延伸的第一延伸部111，第一延伸部111套设在导管312的上端，第一延伸部111上沿周向或纵向分布有多个螺纹孔，调节螺栓能穿设在螺纹孔上。第一延伸部111可以为一直径大于导管312的圆筒状结构，使得第一延伸部111可以套设在导管312上，螺纹孔可以设置在第一延伸部111上，进而使调节螺栓能将导管312与压盖37相固定。
在一可选的实施方式中，在压盖37上且位于第一延伸部111的内侧还设置有第二延伸部112，第一延伸部111和第二延伸部112可以形成同心圆环腔，导管312的上端能卡入第一延伸部111与第二延伸部112形成的同心圆环腔内，进而保证导管312与压盖37之间能稳定地连接。
在一可选的实施方式中，压盖37上还可以设置有转动密封球形头，转动密封球形头与钻杆311的上端转动连接，以使钻杆311能相对导管312转动。其中，转动密封球形头位于注液头33和压盖37之间，转动密封球形头的一端与注液头33连通，转动密封球形头的另一端与压盖37相连接。转动密封球形头内可以设置有能与马达35的驱动轴传动连接的传动件，钻杆311可以伸入到转动密封球形头内并与传动件转动连接，马达35进而能带动钻杆311转动。同时，钻杆311能通过转动密封球形头与注液头33连通，钻井液能通过转动密封球形头注入到钻杆311内。其中，转动密封球形头、配重块32以及压盖37可以同轴设置。当然的，在其它的实施方式中，配重块32和转动密封球形头也可以并列设置在压盖37上，本申请对此不作限制。
在本实施方式中，射流泵7用于向所述喷射下入装置3提供高压液流，实现水力喷射辅助破土功能。所述射流泵7提供的液流的压力可以根据不同的土体分布等因素而作适应性调节，具体的，本申请在此并不作具体的限定。具体的，所述射流泵7的出口端可以通过高压管线与所述喷射下入装置3的注液头33连通。此外，所述射流泵7可以与所述多通道数据采集器8相连通，一方面，所述多通道数据采集器8可以根据控制器9存储的预定泵压控制所述射流泵7的泵压；另一方面，该多通道数据采集器8可以实时采集该射流泵7的泵压，然后将采集的泵压数据反馈给所述控制器9。相应的，所述控制器9可以根据反馈的泵压数据与预定泵压数据进行比较，以监控所述射流泵7的工作状态。
在本实施方式中，位移传感器4用于检测所述喷射下入装置3中导管312的位移信号，并将所述喷射下入装置3中导管312的位移信号转换为电信号后，通过多通道数据采集器8传递给控制器9。所述控制器9中存储有所述喷射下入装置3中导管312的目标下入距离，当所述喷射下入装置3中导管312下入距离到达目标下入距离后，所述控制器9控制所述马达35停止工作，相应的，所述喷射下入装置3中导管312停止下移。具体的，该位移传感器4可以设置在所述喷射下入装置3的正上方，通过感测所述喷射中导管312下入位置至其的距离，确定所述喷射下入装置3中导管312的下入深度。
在本实施方式中，压力传感器5用于检测所述分层土体6内的压力。具体的，在测试喷射下入过程中，所述压力传感器5可以感应导管312周围、钻头314周围土体随喷射过程的土体的应力变化，从而有利于发现喷射下入过程对周围土体的扰动规律。具体的，所述压力传感器5的形式可以为分布式光纤压力传感器5，以便较佳地感应土体的土应力变化。当然所述压力传感器5还可以为其他形式，本申请在此并不作具体的限定。当所述压力传感器5为分布式光纤压力传感器5时，该传感器可以沿着土应力测点沿垂直方向等间距设置，且沿导管312径向等间距设置。
在本实施方式中，多通道数据采集器8用于分别和位移传感器4、压力传感器5、拉力传感器10、射流泵7电性连接，用于采集所述位移传感器4、压力传感器5、拉力传感器10、射流泵7处相应的数据信号。同时，该多通道数据采集器8还与所述控制器9电性连接，以便将采集到的数据传输给所述控制器9，或者接收所述控制器9的输出信号，并将输出信号传递给与其电性连接的各个部件。在本实施方式中，所述电性连接可以为有线的连接方式，也可以为无线的连接方式，具体的，本申请在此并不作具体的限定。
具体的，所述多通道数据采集器8可以为具有USB接口的数据采集产品，例如可以为：SZSC-16S为16通道，SZSC-32S为32通道，它们可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统。
在本实施方式中，控制器9用于和所述多通道数据采集器8配合形成数据采集测量系统。所述控制器9可以为台式计算机、笔记本电脑、工控机等等，具体的，该控制器9的形式本申请在此并不作具体的限定。所述控制器9可以设置有USB接口，通过USB接口与所述多通道数据采集器8相连接。当然，所述控制器9与所述多通道数据采集器8的连接方式还可以通过其他方式例如蓝牙、红外、或者WIFI等无线方式连接，具体的，本申请在此并不作具体的限定。具体使用时，所述控制器9中可以将所述多通道数据采集器8采集的信号进行存储和分析比较。具体的，当所述位移传感器4检测到的位移信号表示所述导管312下入目标下入距离后，所述控制器9通过所述多通道数据采集器8向所述射流泵7和喷射下入装置3发送关闭信号。
请参阅图3，本申请实施方式中还提供一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法，该方法可以包括如下步骤：
步骤S10：结合深水工程地质特征，配制具有相似性的实验用的分层土体；
步骤S12：根据相似性原理构建钻压模拟系统，包括：将喷射下入装置安装在所述实验架上，在所述喷射下入装置与所述实验架连接的位置设置拉力传感器；在所述喷射下入装置上方设置位移传感器；将所述喷射下入装置与射流泵相连通，其中，所述喷射下入装置中设置有配重块，所述配重块包括多个重量等级；
步骤S14：维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压；
步骤S16：采集预定的参考信号，所述参考信号包括：表示所述喷射下入装置的提拉力大小的拉力信号，表示所述喷射下入装置的导管下入距离的位移信号、表示所述分层土体内压力大小的压力信号；
步骤S18：根据采集的所述参考信号，选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
在本实施方式中，根据目标海底区域的土体分布，在土箱中配置实验用的分层土体，并在所述分层土体中设置压力传感器，其中，所述土箱外设置有实验架。具体的，可以结合深水工程地质特征，室内配制具有相似性的实验室分层土体；由相似性，设计送入管柱组合、设计底部钻具组合及钻头伸出量等；其中由相似性主要依据相似已钻井的技术经验，确定各个参数的取值范围，实验过程中可以将参数取值区间拓宽。所述钻杆的下端设置有钻头，所述预定的实验条件包括：预定的钻杆转速、预定的钻头伸出量。
在构建钻压模拟系统时：可以将喷射下入装置安装在所述实验架上，在所述喷射下入装置与所述实验架连接的位置设置拉力传感器；在所述喷射下入装置上方设置位移传感器；将所述喷射下入装置与射流泵相连通，其中，所述喷射下入装置中设置有配重块，所述配重块包括多个重量等级。
在进行钻压模拟实验时：可以维持预定的实验条件，多次调整所述配重块的重量等级，从而调节钻压；后续通过与所述压力传感器、拉力传感器、位移传感器及射流泵电性连通的多通道数据采集器采集参考信号，所述参考信号包括：压力信号、拉力信号、位移信号；最后，可以根据采集的所述参考信号，选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
具体的，在进行模拟实验时，可以开展系列分组实验：
设计模拟实验钻速，可设置为钻速序列值，如：N1、N2、……Nn(单位：转/分钟)；
设计模拟实验的钻头伸出量,可设置为钻压序列值，如：L1、L2、……Ln(单位：m)；
设计模拟实验的下入速度，可下入速度的序列值，如：V1、V2、……Vn(单位：m/s)。
开展系列分组实验时，对N、L、V参数进行分别设置为固定值，研究不同下入钻压条件下，对深水导管进行下入过程评价。
在本申请实施方式中，通过配重块的设计，可模拟下入过程不同钻压对导管下入的影响分析。一般的，钻速、下入速度、钻头伸出量、下入重力(钻压)等各个参数之间具有复杂的非线性关系，因土体性质具有多解性，各参数之间也具有多解性。通过本申请所述的深水导管下入过程中钻压的模拟方法，可以获取不同性质的土体条件下，各个参数之间的优化组合，特别是在其他参数一定的情况下，通过多次调整所述配重块的重量等级，从而调节钻压，实现了喷射导管下入管柱中的目标钻压的适应性研究和确定，优选出了钻压。通过优选出深水导管下入过程中的钻压，可以指导实际的深水导管下入过程，从而提高喷射下入的下入效率、减少安全事故。
整体上，本发明提供的深水导管下入过程中钻压的模拟方法，可对深水导管下入过程的钻压施工参数进行室内实验评价，以研究海底土土质条件与下入管柱工艺参数的复杂线性相关关系，从而获取合理的钻压参数，为深水导管喷射下入提供依据，最终实现提高钻井效率，节省昂贵的深水钻井费用。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种深水导管下入过程中钻压的模拟方法，其特征在于，包括：
结合深水工程地质特征，配制具有相似性的实验用的分层土体；
根据相似性原理构建钻压模拟系统，包括：将喷射下入装置安装在所述实验架上，在所述喷射下入装置与所述实验架连接的位置设置拉力传感器；在所述喷射下入装置上方设置位移传感器；将所述喷射下入装置与射流泵相连通，其中，所述喷射下入装置中设置有配重块，所述配重块包括多个重量等级；
维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压；
采集预定的参考信号，所述参考信号包括：表示所述喷射下入装置的提拉力大小的拉力信号，表示所述喷射下入装置的导管下入距离的位移信号、表示所述分层土体内压力大小的压力信号；
根据采集的所述参考信号，选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
2.如权利要求1所述的深水导管下入过程中钻压的模拟方法，其特征在于：所述喷射下入装置还设置有钻杆和套设在钻杆外的导管，所述钻杆的下端设置有钻头，所述预定的实验条件包括：预定的钻杆转速、预定的钻头伸出量。
3.一种深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，包括：
实验架、设置有分层土体的土箱、喷射下入装置、射流泵、多通道数据采集器、控制器、位移传感器、压力传感器、拉力传感器；其中，
所述喷射下入装置设置有：导管和包括多个重量等级的配重块；
所述控制器中存储有导管的目标下入距离；所述控制器与所述多通道数据采集器电性连接；
所述多通道数据采集器与所述位移传感器、压力传感器、拉力传感器、射流泵电性连接，
维持预定的实验条件，通过调整所述配重块的重量等级调节钻压，每次当所述位移传感器检测到的位移信号表示所述导管下入目标下入距离后，所述控制器通过所述多通道数据采集器向所述射流泵和喷射下入装置发送关闭信号，根据各个传感器采集的信号，所述控制器选取在预定的实验条件下深水导管下入过程中的目标钻压。
4.如权利要求3所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述压力传感器为分布式光纤压力传感器，所述压力传感器沿着土应力测点沿垂直方向等间距设置，且沿导管径向等间距设置。
5.如权利要求3所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述喷射下入装置包括：
导管，其具有沿纵向延伸的腔室；
压盖，其套设在所述导管的上端；所述压盖上设置有排液孔，所述排液孔与所述腔室连通，供所述腔室内的液体排出；
钻井组件，其包括：
马达，其设置有转动轴；
钻杆，其穿设在所述导管内，其下端设置有钻头，其上端与所述转动轴连接；
注液头，其设置在所述转动轴的上端，供液体注入所述钻杆内；
配重块，其位于所述注液头的上部，用于调节所述钻杆组件的钻压。
6.如权利要求5所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，还包括用于调节所述钻头相对所述导管的下端伸出程度的调节机构。
7.如权利要求6所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述调节机构设置在所述压盖和所述导管之间。
8.如权利要求7所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述调节机构为调节螺栓和螺纹孔的配合机构，所述压盖上形成有沿纵向延伸的第一延伸部，所述第一延伸部套设在所述导管的上端，所述第一延伸部上沿周向或纵向分布有多个螺纹孔，所述调节螺栓能穿设在所述螺纹孔上。
9.如权利要求8所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，在所述压盖上且位于所述第一延伸部的内侧还设置有第二延伸部，所述第一延伸部和第二延伸部形成同心圆环腔，所述导管的上端能卡入所述第一延伸部与所述第二延伸部形成的同心圆环腔内。
10.如权利要求5所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述注液头与所述转动轴之间设置有转动密封球形头，所述注液头与所述转动密封球形头固定连接，所述转动轴与所述转动密封球形头转动连接。
11.如权利要求5所述的深水导管下入过程中钻压的模拟系统，其特征在于，所述马达设置在所述压盖上，所述马达为电动马达或者液动马达。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111337236A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-26 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法 |
| CN111350462A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-30 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具解脱模拟实验装置及方法 |
| CN111395961A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-10 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗拉模拟实验装置及方法 |
| CN114934746A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-08-23 | 中国农业大学 | 喷射法下表层导管后的振动固表层导管工具及其试验装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101806214A (zh) * | 2010-04-12 | 2010-08-18 | 中国地质大学（北京） | 一种超深井钻进模拟实验装置 |
| CN102607872A (zh) * | 2012-03-02 | 2012-07-25 | 重庆科技学院 | 模拟深水钻井水下套管柱与海底浅部软土相互作用的室内实验装置 |
| KR20130046216A (ko) * | 2011-10-27 | 2013-05-07 | 권길중 | 수중굴착 및 해저선 매설장치 |
| CN105089498A (zh) * | 2014-05-07 | 2015-11-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 深水喷射下导管钻井实验装置及实验方法 |
| CN205025383U (zh) * | 2015-09-08 | 2016-02-10 | 延长油田股份有限公司 | 一种钻井加压装置 |
-
2017
- 2017-06-12 CN CN201710438319.6A patent/CN107448146B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101806214A (zh) * | 2010-04-12 | 2010-08-18 | 中国地质大学（北京） | 一种超深井钻进模拟实验装置 |
| KR20130046216A (ko) * | 2011-10-27 | 2013-05-07 | 권길중 | 수중굴착 및 해저선 매설장치 |
| CN102607872A (zh) * | 2012-03-02 | 2012-07-25 | 重庆科技学院 | 模拟深水钻井水下套管柱与海底浅部软土相互作用的室内实验装置 |
| CN105089498A (zh) * | 2014-05-07 | 2015-11-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 深水喷射下导管钻井实验装置及实验方法 |
| CN205025383U (zh) * | 2015-09-08 | 2016-02-10 | 延长油田股份有限公司 | 一种钻井加压装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 曹恒恒: "深水喷射钻井导管沉入模拟的竖向承载性能试验及数值分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
| 柯珂等: "深水钻井喷射下导管模拟试验装置的研制", 《石油钻探技术》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111337236A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-26 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法 |
| CN111350462A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-30 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具解脱模拟实验装置及方法 |
| CN111395961A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-10 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗拉模拟实验装置及方法 |
| CN111395961B (zh) * | 2020-03-17 | 2021-10-15 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗拉模拟实验装置及方法 |
| CN111337236B (zh) * | 2020-03-17 | 2021-11-23 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法 |
| CN114934746A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-08-23 | 中国农业大学 | 喷射法下表层导管后的振动固表层导管工具及其试验装置 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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