CN107830988A - 一种研究钻井作业中钻井液进入环空后压力波传递速度及规律的实验装置 - Google Patents

一种研究钻井作业中钻井液进入环空后压力波传递速度及规律的实验装置 Download PDF

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刘清友
毛良杰
张洪
蔡明杰
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Abstract

本发明公开了一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置。包括井筒环空部分，循环管道部分，频率调节部分，数据采集处理部分。井筒与钻杆‑钻具‑钻头模拟组合用配套螺纹连接，中间形成环空；水龙头‑水龙带‑立管模拟组合连接钻杆‑钻具‑钻头模拟组合和管道转换连接活结，通过PVC软管连接水泵。变频器在水泵和交流电源之间调频。传感器通过微小孔与环空接触采集数据，将信号传输给示波器和中央电脑，进行数据分析。本发明的优点是：装置基本上真实还原了钻井作业中钻井液经过钻具钻杆和环空排出井筒的真实传输路径，能够较真实测量压力波传递速度，能同时测得井筒全段上多处的压力值，得到压力波传递速度及规律。

Description

一种研究钻井作业中钻井液进入环空后压力波传递速度及规 律的实验装置
技术领域
本发明涉及流体力学领域，特别是一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置。
背景技术
液相流动介质中压力波的传播问题是流体力学界的经典问题之一，该问题的衍生问题存在于诸多领域之中，因此该问题受到了多领域的高度重视。在油气钻井工程领域，同样存在着许多属于管道液相流动介质中压力波的传播问题的现象和工程问题，最典型的就是泥浆脉冲信号的传输问题和因改变泥浆排量或节流阀的开度等引起的井筒流场的瞬态波动问题。对于深井钻井而言，泥浆脉冲信号的传输问题和环空内多相流流场的瞬态压力波动传递问题变得十分突出。研究钻井作业中钻井液进入环空后压力波传递速度及规律在实际生产中有十分重要的意义。目前市场上有随钻压力测量工具，但仅能测量某一深度的环空压力，并不能实时测量全井段的压力传递速度情况。设计一种能模拟环空内钻井液中压力波传递情况的装置具有重要的意义，但是目前并没有能够有效测量钻井作业过程钻井液在环空中压力波的传递速度及其规律的实验装置。
发明内容
一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置，其特征在于：包括井筒环空部分，循环管道部分，频率调节部分，数据采集处理部分。井筒环空部分包括钻杆-钻具-钻头模拟组合，井筒，环空，井筒与钻杆-钻具-钻头模拟组合中间为环空，循环启动后钻井液将充满环空；循环管道部分包括水龙头-水龙带-立管模拟组合，PVC软管，管道转换连接活结，水泵，水池，阀门，水龙头-水龙带-立管模拟组合一端连接钻杆-钻具-钻头模拟组合，一端连接管道转换连接活结，管道转换连接活结出口连接PVC软管，PVC软管接水泵，管道各处根据需要安装阀门调节开关，水泵置于水池中。频率调节部分包括变频器，电源，变频器一端接水泵，一端接交流电源。数据采集部分包括传感器基座，传感器，数据线，示波器，中央电脑。传感器基座安装固定在井筒壁上，传感器安装在基座上，传感器信号采集端通过微小孔与环空接触采集压力数据，并用数据线将信号传输给示波器，示波器显示波形，示波器再将数据传输给中央电脑，进行数据分析处理等工作。
所述钻杆-钻具-钻头模拟组合在钻头处采用模拟钻头，小孔喷出，模拟钻井液喷出时液相的流态。
所述井筒直径大小和钻杆-钻具-钻头模拟组合的大小与真实钻井作业中的尺寸大小成比例，以达到更好的模拟效果。
所述用于井筒的管道采用型号为315X12.1 PN0.6MPa的高密度聚乙烯管道，,PVC软管采用内径32mm,壁厚3.5mm的PVC纤维增强软管。
所述井筒与钻杆-钻具-钻头模拟组合用配套螺纹连接，管道转换连接活结处采用工业热合处理。
本发明的具体操作步骤如下：
S1、水泵置于水池中，打开管道转换活结两端的阀门，开启电源，调节变频器。
S2、钻井液沿水龙头-水龙带-立管模拟组合到达钻杆-钻具-钻头模拟组合，从钻头的微小孔喷出
S3、钻井液进入环空，传感器同时采集全井筒各处压力值，将数据传输给示波器。
S4、示波器和电脑开始运行，处理接收到的信号，生成压力波传递的曲线图像和函数模型 。
本发明具有以下优点：
本发明还原了钻井作业中钻井液经过钻具钻杆和环空然后排出的真实传输路径，使压力波传递的环境更接近于真实。
本发明使用阀门和变频器控制钻井液流速，可测多种压力条件下的数据，传感器均匀分布在井筒上使之可以同时得到多处的压力值。
本发明克服了目前市场上的随钻压力测量工具仅能测量井筒某一深度的环空压力，并不能实时反映全井段的压力波传递情况的缺点。
本发明结构简单，稳定性强，可拆装多次测量。
附图说明
图1-装置概念图；
图2-井筒环空部分；
图3-循环管道部分；
图4-频率调节部分；
图5-数据采集处理部分；
图中：1-井筒环空部分，2-循环管道部分，3-频率调节部分，4-数据采集处理部分，5-钻杆-钻具-钻头模拟组合，6-井筒，7-环空，8-水龙头-水龙带-立管模拟组合，9-PVC软管，10-管道转换连接活结，11-水泵，12-水池，13-阀门，14-变频器，15-电源，16-传感器基座，17-传感器，18-数据线，19-示波器，20-中央电脑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置包括：井筒环空部分1，循环管道部分2，频率调节部分3，数据采集处理部分4。钻杆-钻具-钻头模拟组合5，井筒6，环空7，水龙头-水龙带-立管模拟组合8，PVC软管9，管道转换连接活结10，水泵11，水池12，阀门13，变频器14，电源15，传感器基座16，传感器17，数据线18，示波器19，中央电脑20。
如图2所示，井筒环空部分1包括钻杆-钻具-钻头模拟组合5，井筒6，环空7，井筒6与钻杆钻具钻头摸模拟组合5螺纹连接密封，循环启动后钻井液将充满环空7。
如图3所示，循环管道部分2包括水龙头-水龙带-立管模拟组合8，PVC软管9，管道转换连接活结10，水泵11，水池12，阀门13，水龙头-水龙带-立管模拟组合8一端连接钻杆-钻具-钻头模拟组合5，一端连接管道转换连接活结10，管道转换连接活结10出口连接PVC软管9，PVC软管9接水泵11，管道各处根据需要安装阀门13调节开关，水泵11置于水池12中。
如图4所示，频率调节部分3包括变频器14，电源15，变频器14一端接水泵11，一端接交流电源15。
如图5所示，数据采集部分4包括传感器基座16，传感器17，数据线18，示波器19，中央电脑20。传感器基座16安装固定在井筒6壁上，传感器17安装在基座16上， 传感器17采集端通过微小孔与环空7接触采集压力数据，传感器17另一端用数据线18将信号传输给示波器19，示波器19显示波形，示波器19再将数据传输给中央电脑20，进行数据分析等工作。
本发明的工作过程如下：
S1、水泵置于水池中，打开管道转换活结两端的阀门，开启电源，调节变频器，。
S2、钻井液沿水龙头-水龙带-立管模拟组合到达钻杆-钻具-钻头模拟组合，从钻头的微小孔喷出。
S3、钻井液进入环空，传感器同时采集全井筒各处压力值，将数据传输给示波器。
S4、示波器和电脑开始运行，处理接收到的信号，生成压力波传递的曲线图像和函数模型。

Claims (5)

1.一种研究钻井作业中钻井液进入环空后压力波传递速度及规律的实验装置，其特征在于：包括井筒环空部分（1），循环管道部分（2），频率调节部分（3），数据采集处理部分（4），井筒环空部分（1）包括钻杆-钻具-钻头模拟组合（5），井筒（6），环空（7），井筒(6)与钻杆-钻具-钻头模拟组合(5)中间为环空(7)，循环启动后钻井液将充满环空(7)；循环管道部分(2)包括水龙头-水龙带-立管模拟组合(8)，PVC软管(9)，管道转换连接活结(10)，水泵(11)，水池(12)，阀门(13)，水龙头-水龙带-立管模拟组合(8)一端连接钻杆-钻具-钻头模拟组合(5)，一端连接管道转换连接活结(10)，管道转换连接活结(10)出口连接PVC软管(9)，PVC软管(9)接水泵(11)，管道各处根据需要安装阀门(13)调节开关，水泵(11)置于水池(12)中，频率调节部分(3)包括变频器(14)，电源(15)，变频器(14)一端接水泵(11)，一端接交流电源(15)，数据采集部分(4)包括传感器基座(16)，传感器(17)，数据线(18)，示波器(19)，中央电脑(20)，传感器基座(16)安装固定在井筒(6)壁上，传感器(17)安装在基座(16)上， 传感器(17)采集端通过微小孔采集压力数据，传感器(17)另一端用数据线(18)将信号传输给示波器(19)，示波器(19)显示波形，示波器(19)再将数据传输给中央电脑(20)，进行数据分析处理工作。
2.根据权利要求1所述一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置，其特征在于：所述装置选用QX15-20-1.5型水泵、RIGOL 公司DS1102D型示波器， PCM300型压力变送器，用于井筒（7）的管道采用型号为315X12.1 PN0.6MPa的高密度聚乙烯管道,PVC软管（9）采用内径32mm,壁厚3.5mm的PVC纤维增强软管。
3.根据权利要求1所述一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置，其特征在于：传感器（17）等间距安装在井筒（6）壁上，同时测量和传输全井段多处压力值。
4.根据权利要求1所述一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置，其特征在于：钻杆-钻具-钻头模拟组合（5）悬置固定安装于井筒（6）中，组成模拟环空环境。
5.根据权利要求1所述一种钻井调压节流中环空压力波传递规律实验装置，其特征在于：泵入处和流出环空（7）处的阀门（13）与变频器（14）共同控制流速和压力，模拟了压井作业，模拟了因排量或节流阀的开度等引起的井筒流场的瞬态波动问题。
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