CN107620569A - 一种滑动导向钻井模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种滑动导向钻井模拟系统，包括：管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于井筒中的钻柱；加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。

Description

一种滑动导向钻井模拟系统

技术领域

本发明实施例涉及滑动导向钻井控制技术，尤指一种滑动导向钻井模拟系统。

背景技术

滑动导向是石油定向钻井中常用的一种钻进技术。在常规滑动导向钻进过程中，由于钻井系统的钻柱不旋转，导致钻柱与井壁之间的摩阻很大，轴向钻压向下传递比较困难，尤其当钻杆发生屈曲时，与井壁之间的接触面增大，会导致摩阻进一步增大，容易产生托压、粘滑等现象，使钻进效率降低。而且由于环向摩阻过大，通过旋转顶驱调整工具面的响应速度也比较慢，甚至可能发生漂移，使井眼轨迹偏离设计轨迹。如何设计工具面的控制方法以有效提高工具面的调整效率便成为实现滑动导向钻井快速钻进首待解决的问题。

目前滑动导向钻井工具面的控制大多依赖司钻经验，并无确切的理论依据，并且由于井下工况的复杂性和不确定性，人的经验往往并不可靠，需要通过大量的钻井实验来进行总结分析。然而，实际钻井代价高昂，需要耗费大量人力物力，难以进行大量实验研究，因此发明一套可在实验室环境下模拟滑动导向钻井工具面控制过程的实验系统是非常有必要的。

目前相关技术当中提出了一种管柱振动减摩阻实验装置，模拟工程条件下管柱和井壁之间的摩擦，该装置采用丝杠和手轮作为加载装置，并采用位移传感器和力传感器测量加载端位移和力的大小。该装置并不足以模拟滑动导向钻井过程，主要缺陷在于：(1)实验装置的模拟钻柱长细比与实际差距较大，模拟井筒不透明，难以观察实验过程中的具体现象；(2)实验装置采用丝杠和手轮进行手动加载，难以实现精确的缓慢加载；(3)实验装置只能进行轴向加载，并不能模拟钻柱在顶驱作用下的旋转和工具面的变化过程。

因此，以滑动导向钻井真实过程为参照建立一套室内模拟实验系统并在其基础上开展工具面控制方法的研究，对提高实际滑动导向钻井工程的工作效率具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种滑动导向钻井模拟系统，能够模拟滑动导向钻井的真实过程，有效提高实际滑动导向钻井工程的工作效率。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种滑动导向钻井模拟系统，该系统包括：管柱模拟系统、加载系统、测量系统、控制系统和固连系统；

管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于该井筒中的钻柱；

加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；

测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；

控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；

固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。

可选地，管柱模拟系统包括：玻璃管和合金丝；

玻璃管，用于模拟井筒；

合金丝，用于模拟钻柱；

其中，合金丝穿过并依附在玻璃管内侧。

可选地，该玻璃管为有机玻璃管，该合金丝为钛镍合金丝。

可选地，加载系统包括：第一电机、丝杠、加载轴、长轴承、短轴承和第二电机；

其中，丝杠与第一电机的输出轴连接，将第一电机的转动转化为轴向位移，以实现轴向力的加载；

长轴承和短轴承用于支撑加载轴；第二电机与加载轴的输出端相连，以实现环向角度加载。

可选地，加载系统还包括：左限位开关和右限位开关；

左限位开关和右限位开关用于限制加载轴水平方向的位移，当加载轴的位移超过左限位开关和右限位开关的限值时触发开关，使第一电机自动停止。

可选地，测量系统包括：光电编码器、第一力传感器、第二力传感器和信号电缆；

其中，光电编码器用于测量钻柱的末端的转角，第一力传感器用于测量合金丝的末端的轴向力，第二力传感器用于测量合金丝的加载端的轴向力，信号电缆用于将光电编码器、第一力传感器和第二力传感器连接到控制系统。

可选地，控制系统包括：工控机；

其中，工控机分别与第一电机、第二电机、光电编码器、第一力传感器以及第二力传感器相连。

可选地，所述控制系统实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制包括：

工控机采集光电编码器发送的信号；

工控机获取光电编码器发送的信号中包含的钻柱的末端的转角，并获取第二电机实施环向角度加载时的加载角度；并将钻柱的末端的转角和加载角度分别作为反馈控制的输出和输入；

工控机向第二电机发送关于反馈控制的控制指令，以通过旋转模拟顶驱调整工具面。

可选地，滑动导向钻井的模拟控制参数包括：模拟钩载、模拟钻压、模拟游车速度和位移；

控制系统实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取工具面的控制参数包括：

工控机向所述第一电机发送控制指令，并采集第一力传感器和第二力传感器发送的信号；

工控机分别获取第一力传感器和第二力传感器发送的信号中包含的力的大小，并获取第一电机的速度和位移信号，以根据所获取的两个力的大小计算出所述模拟钩载和所述模拟钻压，并根据第一电机的速度和位移信号计算出模拟游车速度和位移。

可选地，固连系统包括：底座、卡箍、支撑螺杆、角铁、连接件、支撑接头、左支座、右支座、铰链固定件、转接头、第一轴承座、第二轴承座、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、第五联轴器和支撑块；

其中，卡箍用于将玻璃管固定在支撑螺杆上并可调节高度，支撑螺杆穿过卡箍并与支撑接头固连，角铁通过螺钉固连在底座上，作为挡板位于整个滑动导向钻井模拟系统的末端；

连接件通过螺钉固定在底座两侧，用于安装第一电机，支撑接头通过螺钉固定在底座上，并与支撑螺杆通过螺纹连接；

左支座和右支座通过螺钉固定在底座上，分别用于支撑第二轴承座和第一轴承座；

铰链固定件安装在丝杠的螺母座上，并通过铰链与转接头相连，转接头用于连接加载轴与铰链固定件；

第一轴承座和第二轴承座位于丝杠的两端，用于支撑丝杠，第二轴承座还同时为长轴承提供安装位置；

第一联轴器位于第二电机的输出轴与第一力传感器之间，起连接作用；第二联轴器位于第一力传感器与合金丝加载端之间，起连接作用；第三联轴器位于合金丝末端与第二力传感器之间，起连接作用；第四联轴器位于第二力传感器和角铁之间，起连接作用；第五联轴器位于第一电机输出轴和丝杠之间，起连接作用；

支撑块通过螺钉固定在底座上，并为短轴承提供安装位置。

本发明实施例包括：管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于井筒中的钻柱；加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。通过本发明实施例方案，能够模拟滑动导向钻井的真实过程，有效地提高了实际滑动导向钻井工程的工作效率。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。

图1为本发明实施例的滑动导向钻井模拟系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的滑动导向钻井模拟系统的整体结构正视图；

图中：1.底座、2.工控机(装载有电机控制软件)、3.加载轴、4.长轴承、5.第一电机、6.短轴承、7.第二电机、8.卡箍、9.支撑螺杆、10.玻璃管、11.合金丝、12.光电编码器、13.角铁、14.连接件、15.信号电缆、16.支撑接头、17.右支座、18.第一轴承座、19.铰链固定件、20.转接头、21.丝杠、22.第二轴承座、23.第一联轴器、24.第一力传感器、25.第二联轴器、26.第三联轴器、27.第二力传感器、28.第四联轴器、29.右限位开关、30.左限位开关、31.左支座、32.第五联轴器、33.支撑块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种滑动导向钻井模拟系统，如图1和图2所示，该系统可以包括：管柱模拟系统、加载系统、测量系统、控制系统和固连系统；

管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于该井筒中的钻柱。

可选地，管柱模拟系统包括：玻璃管10和合金丝11；

玻璃管10，用于模拟井筒；

合金丝11，用于模拟钻柱；

其中，合金丝11穿过并依附在玻璃管10内侧。

在本发明实施例中，合金丝11两端可以通过胶接方式分别与第二联轴器25和第三联轴器26固连。

可选地，该玻璃管10可以为有机玻璃管，该合金丝11可以为钛镍合金丝。

在本发明实施例中，采用有机玻璃管来模拟井筒，可从管外直接观察和记录加载过程中模拟钻柱的变形情况；并采用钛镍合金丝模拟钻柱，利用其记忆合金特性，能进行反复加载和卸载，可进行大量重复实验。

在本发明实施例中，管柱模拟系统通过卡箍8和支撑螺杆9的组合进行水平支撑，可通过上下调节支撑螺杆9上的螺母位置任意调整高度。

加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压。

可选地，加载系统包括：第一电机5、丝杠21、加载轴3、长轴承4、短轴承6和第二电机7；

其中，丝杠21与第一电机5的输出轴连接，将第一电机5的转动转化为轴向位移，以实现轴向力的加载，用于模拟游车运动；

长轴承4和短轴承6用于支撑加载轴3；第二电机7与加载轴3的输出端相连，以实现环向角度加载，用于模拟顶驱提供环向运动。

可选地，加载系统还包括：左限位开关30和右限位开关29；

左限位开关30和右限位开关29用于限制加载轴3水平方向的位移，当加载轴3的位移超过左限位开关30和右限位开关29的限值时触发开关，使第一电机5自动停止。

在本发明实施例中，加载系统可实现轴向和环向两个自由度的加载，通过丝杠21将第一电机5输出轴的转动转化为轴向运动，可实现模拟游车的精确控制，第二电机7固连在加载轴3上，可模拟顶驱旋转，左限位开关30和右限位开关29分别安装在丝杠21两端，可限制加载轴3的水平位移，从而防止发生碰撞。长轴承4和短轴承6通过螺钉分别安装在第二轴承座22和支撑块33上，用于支撑加载轴3并使其保持水平。

测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端。

可选地，测量系统包括：光电编码器12、第一力传感器24、第二力传感器27和信号电缆；

其中，光电编码器12用于测量合金丝的末端的转角，第一力传感器24用于测量合金丝12的末端的轴向力，第二力传感器27用于测量合金丝12的加载端的轴向力，信号电缆用于将光电编码器12、第一力传感器24和第二力传感器27连接到控制系统。

在本发明实施例中，光电编码器12通过螺钉安装在角铁13上，其转轴与第四联轴器28固连，用于测量合金丝11末端的转角，第一力传感器24和第二力传感器27分别安装在合金丝12两端，用于测量两端的轴向压力，从而模拟钩载和钻压的大小。具体地，通过第一联轴器23和第二联轴器25将力第一力传感器24安装在合金丝11的加载端，可测量其轴向力，即模拟钩载的大小；通过第三联轴器26和第四联轴器28将第二力传感器27安装在合金丝11的末端，可测量其轴向力，即模拟钻压的大小；光电编码器12通过螺钉安装在角铁13上，转轴与第四联轴器28固连，可测量合金丝11末端转角，即模拟工具面角。

控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱的末端的转角以及钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数。

在本发明实施例中，控制系统既能接收测量系统的光电编码器12、第一力传感器24和第二力传感器27发送的信号，又能通过控制第一电机5实现模拟游车的精确控制，还可以通过控制第二电机7模拟顶驱旋转，可按照预先设计好的控制算法对工具面进行控制。

可选地，控制系统包括：工控机；

其中，工控机2分别与第一电机5、第二电机7、光电编码器12、第一力传感器24以及第二力传感器27相连。

在本发明实施例中，控制系统包括至少一台工控机2以及该工控机内加载的电机控制软件，通过信号电缆15可以将工控机2分别与第一电机5、第二电机7、光电编码器12、第一力传感器24和第二力传感器27相连，通过控制电机实现模拟游车按指定速度或位移进行精确加载并模拟顶驱按指定角度进行旋转，同时还可以接收光电编码器12、第一力传感器24以及第二力传感器27的数据，实现工具面的反馈控制。

可选地，

控制系统实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制可以包括：

工控机2采集光电编码器12发送的信号；

工控机2获取光电编码器12发送的信号中包含的钻柱(即合金丝11)的末端的转角(即模拟工具面角)，并获取第二电机7实施环向角度加载时的加载角度(即模拟顶驱转角)；并将钻柱的末端的转角和加载角度分别作为反馈控制的输出和输入；

工控机2向第二电机7发送关于反馈控制的控制指令，以通过旋转模拟顶驱调整工具面。

可选地，滑动导向钻井的模拟控制参数还可以包括：模拟钩载、模拟钻压、模拟游车速度和位移。

控制系统实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取工具面的控制参数可以包括：

工控机2向第一电机5发送控制指令，并采集第一力传感器24和第二力传感器27发送的信号；

工控机2分别获取第一力传感器24和第二力传感器27发送的信号中包含的力的大小，并获取第一电机5的速度和位移信号，以根据所获取的两个力的大小计算出模拟钩载和模拟钻压，并根据第一电机5的速度和位移信号计算出模拟游车速度和位移。

在本发明实施例中，工控机2和电机控制软件组成的控制系统，是信号采集处理和控制指令中心，承担着信号采集、显示、处理、数据存储、发送控制指令等多种作用。工控机2中可以集成有信号采集板卡，接收传感器数据，并将模拟信号转化为数字信号，与电机可通过串口进行通讯，接收电机反馈的转速和位置信号，并结合丝杠21的机械参数，换算出模拟游车的速度和位移信号。如果电机的最小转速较快，还可以通过加装减速器的方式较小电机的转速，从而实现缓慢加载。为了模拟真实钻井中随钻测量MWD测量工具面角的数据延时和误差，还可以对采集到的模拟工具面角数据进行重新编码，人为引入延时和错点等。电机控制软件读取工控机接收到的数据信息，通过控制电机实现模拟游车和模拟顶驱的精确控制，并根据获得的模拟钻压和模拟工具面角数据，按照事先设计好的控制算法进行工具面控制的模拟实验，最后根据工具面控制效果对控制算法进行性能评估。

固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。

可选地，固连系统可以包括：底座1、卡箍8、支撑螺杆9、角铁13、连接件14、支撑接头16、左支座31、右支座17、铰链固定件19、转接头20、第一轴承座18、第二轴承座22、第一联轴器23、第二联轴器25、第三联轴器26、第四联轴器28、第五联轴器32和支撑块33；

其中，卡箍8用于将玻璃管10固定在支撑螺杆9上并可调节高度，支撑螺杆9穿过卡箍8并与支撑接头16固连，角铁13通过螺钉固连在底座1上，作为挡板位于整个滑动导向钻井模拟系统的末端；

连接件14通过螺钉固定在底座1两侧，用于安装第一电机5，支撑接头16通过螺钉固定在底座1上，并与支撑螺杆9通过螺纹连接；

左支座31和右支座17通过螺钉固定在底座1上，分别用于支撑第二轴承座22和第一轴承座18；

铰链固定件19安装在丝杠的螺母座上，并通过铰链与转接头20相连，转接头20用于连接加载轴3与铰链固定件19；

第一轴承座18和第二轴承座22位于丝杠21的两端，用于支撑丝杠21，第二轴承座22还同时为长轴承4提供安装位置；

第一联轴器23位于第二电机7的输出轴与第一力传感器24之间，起连接作用；第二联轴器25位于第一力传感器24与合金丝11加载端之间，起连接作用；第三联轴器26位于合金丝11末端与第二力传感器27之间，起连接作用；第四联轴器28位于第二力传感器27和角铁13之间，起连接作用；第五联轴器32位于第一电机5输出轴和丝杠21之间，起连接作用；

支撑块33通过螺钉固定在底座1上，并为短轴承6提供安装位置。

在本发明实施例中，上述滑动导向钻井工具面控制室内模拟实验系统的实验方法可以包含如下步骤：

1)将连接件14、支撑接头16、角铁13、支撑块33通过螺钉固定在底座1的槽道上；

2)将丝杠两端分别穿过第一轴承座18和第二轴承座22，然后通过螺钉将第一轴承座18、第二轴承座22固定在底座1上；

3)将第一电机5通过螺钉安装在连接件14的侧面，输出轴与丝杠一端通过第五联轴器32固连；

4)将铰链固定件19通过螺钉安装在丝杠的螺母座上，并与转接头一端通过铰链连接；

5)将加载轴3穿过长轴承4和短轴承6，一端通过螺纹与转接头连接，然后将长轴承4和短轴承6通过螺钉分别固定在第二轴承座22和支撑块33上；

6)将第二电机7通过螺纹与加载轴3一端连接，第二电机7的输出轴与第一联轴器23连接；

7)第一力传感器24两端分别与第一联轴器23和第二联轴器25连接；

8)将支撑螺杆9通过螺纹与支撑接头16依次连接，将有机玻璃管10穿过卡箍8，然后将卡箍8依次套在支撑螺杆9上，并通过上下调节支撑螺杆上的螺母位置将有机玻璃管调整至水平；

9)将钛镍合金丝11穿过有机玻璃管10，加载端与第二联轴器25通过胶接方式固连；

10)将光电编码器12通过螺钉安装在角铁13上，其转轴与第二力传感器27通过第四联轴器28连接；

11)将第三联轴器26与第二力传感器27连接，并与钛镍合金丝11末端通过胶接方式固连；

12)将右限位开关29和左限位开关30分别通过螺钉安装在第一轴承座18和第二轴承座22，并通过电线连接到第一电机5驱动器的限位模块接口上；

13)将第一电机5、第二电机7、第一力传感器24、第二力传感器27、光电编码器12通过信号电缆15分别与工控机2相连；

14)通过工控机2(装载有电机控制软件)控制第一电机5正转，模拟游车进行匀速缓慢加载，并记录第一力传感器24、第二力传感器27测量的模拟钩载和模拟钻压信号，同时记录第一电机5反馈的速度和位置信号，并将其换算为模拟游车的速度和位移大小。

15)在步骤14)的同时控制第二电机7旋转某一角度，观察钛镍合金丝11的转动情况，并记录光电编码器12测量的模拟工具面角信号，根据传感器的反馈信号和事先设计好的控制算法控制第二电机7模拟顶驱旋转，实现工具面控制；

16)一次实验完成后，通过工控机2控制第一电机5反转，模拟游车回到初始原点；

17)根据需要，改变控制参数重复步骤14)、步骤15)和步骤16)，得到几组对比实验结果后停止实验。

18)分析实验结果，根据工具面控制效果对控制算法进行性能评估。

本发明实施例包括：管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于井筒中的钻柱；加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。通过本发明实施例方案，能够模拟滑动导向钻井的真实过程，有效地提高了实际滑动导向钻井工程的工作效率。

本发明实施例方案具有以下优点：

1、本发明实施例采用两台电机，并利用丝杠将一台电机的转动转化为轴向位移，可分别进行轴向和环向加载，对滑动导向钻井中的游车和顶驱进行模拟。

2、本发明实施例采用有机玻璃管来模拟井筒，可从管外直接观察和记录加载过程中模拟钻柱的变形情况；并采用钛镍合金丝模拟钻柱，利用其记忆合金特性，能进行反复加载和卸载，可进行大量重复实验。

3、本发明实施例采用卡箍和支撑螺杆的方式对模拟管柱系统进行固定和支撑，可通过上下调节螺杆上螺母的位置随意调整高度。

4、本发明实施例采用两个力传感器分别测量模拟管柱两端的轴向力，即模拟钩载和模拟钻压的大小，并采用光电编码器测量模拟工具面角，可用于工具面反馈控制。

5、本发明实施例在丝杠两端设置两个限位开关，限制加载轴的水平位移，能有效防止碰撞。

虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述系统包括：管柱模拟系统、加载系统、测量系统、控制系统和固连系统；

所述管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于所述井筒中的钻柱；

所述加载系统，用于将所述管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；

所述测量系统，用于测量所述钻柱向所述环向进行角度加载后所述钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量所述钻柱向所述轴向进行力的加载后所述钻柱两端所受到的力；其中，所述末端是指所述钻柱的两端中除加载端外的另一端，所述加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；

所述控制系统，用于实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制，并根据所述钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；

所述固连系统，用于实现对所述管柱模拟系统、所述加载系统、所述测量系统以及所述控制系统的连接及支撑。

2.根据权利要求1所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述管柱模拟系统包括：玻璃管和合金丝；

所述玻璃管，用于模拟所述井筒；

所述合金丝，用于模拟所述钻柱；

其中，所述合金丝穿过并依附在所述玻璃管内侧。

3.根据权利要求2所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述玻璃管为有机玻璃管，所述合金丝为钛镍合金丝。

4.根据权利要求1所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述加载系统包括：第一电机、丝杠、加载轴、长轴承、短轴承和第二电机；

其中，所述丝杠与所述第一电机的输出轴连接，将所述第一电机的转动转化为轴向位移，以实现轴向力的加载；

所述长轴承和所述短轴承用于支撑所述加载轴；所述第二电机与所述加载轴的输出端相连，以实现环向角度加载。

5.根据权利要求4所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述加载系统还包括：左限位开关和右限位开关；

所述左限位开关和右限位开关用于限制所述加载轴水平方向的位移，当所述加载轴的位移超过所述左限位开关和所述右限位开关的限值时触发开关，使所述第一电机自动停止。

6.根据权利要求2或5所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述测量系统包括：光电编码器、第一力传感器、第二力传感器和信号电缆；

其中，所述光电编码器用于测量所述钻柱的末端的转角，所述第一力传感器用于测量所述合金丝的末端的轴向力，所述第二力传感器用于测量所述合金丝的加载端的轴向力，所述信号电缆用于将所述光电编码器、所述第一力传感器和第二力传感器连接到所述控制系统。

7.根据权利要求6所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述控制系统包括：工控机；

其中，所述工控机分别与所述第一电机、所述第二电机、所述光电编码器、所述第一力传感器以及所述第二力传感器相连。

8.根据权利要求7所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述控制系统实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制包括：

所述工控机采集所述光电编码器发送的信号；

所述工控机获取所述光电编码器发送的信号中包含的所述钻柱的末端的转角，并获取所述第二电机实施所述环向角度加载时的加载角度；并将所述钻柱的末端的转角和所述加载角度分别作为反馈控制的输出和输入；

所述工控机向所述第二电机发送关于所述反馈控制的控制指令，以通过旋转模拟顶驱调整工具面。

9.根据权利要求7所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述滑动导向钻井的模拟控制参数包括：模拟钩载、模拟钻压、模拟游车速度和位移；

所述控制系统实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制，并根据所述钻柱两端所受到的力获取工具面的控制参数包括：

所述工控机向所述第一电机发送控制指令，并采集所述第一力传感器和所述第二力传感器发送的信号；

所述工控机分别获取所述第一力传感器和所述第二力传感器发送的信号中包含的力的大小，并获取所述第一电机的速度和位移信号，以根据所获取的两个力的大小计算出所述模拟钩载和所述模拟钻压，并根据所述第一电机的速度和位移信号计算出所述模拟游车速度和位移。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述固连系统包括：底座、卡箍、支撑螺杆、角铁、连接件、支撑接头、左支座、右支座、铰链固定件、转接头、第一轴承座、第二轴承座、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、第五联轴器和支撑块；

其中，所述卡箍用于将所述玻璃管固定在所述支撑螺杆上并可调节高度，所述支撑螺杆穿过所述卡箍并与所述支撑接头固连，所述角铁通过螺钉固连在所述底座上，作为挡板位于整个所述滑动导向钻井模拟系统的末端；

所述连接件通过螺钉固定在所述底座两侧，用于安装所述第一电机，所述支撑接头通过螺钉固定在所述底座上，并与所述支撑螺杆通过螺纹连接；

所述左支座和所述右支座通过螺钉固定在所述底座上，分别用于支撑所述第二轴承座和所述第一轴承座；

所述铰链固定件安装在所述丝杠的螺母座上，并通过铰链与所述转接头相连，所述转接头用于连接所述加载轴与所述铰链固定件；

所述第一轴承座和所述第二轴承座位于所述丝杠的两端，用于支撑所述丝杠，所述第二轴承座还同时为所述长轴承提供安装位置；

所述第一联轴器位于所述第二电机的输出轴与所述第一力传感器之间，起连接作用；所述第二联轴器位于所述第一力传感器与所述合金丝加载端之间，起连接作用；所述第三联轴器位于所述合金丝末端与所述第二力传感器之间，起连接作用；所述第四联轴器位于所述第二力传感器和所述角铁之间，起连接作用；所述第五联轴器位于所述第一电机输出轴和所述丝杠之间，起连接作用；

所述支撑块通过螺钉固定在所述底座上，并为所述短轴承提供安装位置。