CN107989543B - 连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法，该系统包括：实验架，实验架上设置有提升装置；设置在实验架上的顶部驱动装置；设置在提升装置与顶部驱动装置之间的拉力计；连接在顶部驱动装置下端的模拟管柱，连续油管，埋设在所述地表以下的模拟井筒，模拟井筒的上端设置有井筒封盖，模拟井筒下部设置有岩样；设置在可视化钻杆和回流装置处的图像采集装置；与连续油管和回流装置连通的地面管汇，地面管汇包括设置有水箱和泥浆泵的供液管路和设置有调压阀和振动筛的出液管路；与提升装置、拉力计、图像采集装置电性连接的调控终端；多个压力检测件。利用本发明能够进行连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试。

Description

连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

能源是国民经济发展的支柱，能源是否能够自给自足的问题将越来越严重地影响我国经济的发展。随着浅层油气资源的枯竭，能源需求促使石油勘探与开发加大力度并向深部及海域发展。随着油气钻井向着深井、超深井、特深井、海洋深水钻井等领域的转移，硬地层变得越来越常见，随之带来机械钻速低、钻井周期长、钻井成本高等问题，严重制约我国石油天然气勘探开发的速度。

欠平衡压力钻井是一种钻井过程中井底压力(包括泥浆柱静液压力和循环压降)低于地层孔隙压力的钻井方式。欠平衡压力钻井技术适用的岩层包括：火成岩层、不易破碎灰岩层、高渗(大于1000md)固结良好的结晶砂岩或碳酸岩层、高渗胶结较好的砂岩层、裂缝地层(裂缝开度大于100μ)、水敏性物质含量过高地层(气钻)等。欠平衡压力钻井优点有：

1)可及时发现低压低渗油气层，有利于压力衰竭油气藏二次开发；

2)可明显减少储层损害，有效保护并解放油气层，从而提高油气井产能；

3)可高效破碎岩石并清洗井底，大幅度提高机械钻速；

4)可减轻钻头磨损，延长使用寿命，缩短钻井周期；

5)可有效控制漏失，减少和避免压差卡钻等井下复杂情况发生；

6)可减少或免去油层改造等作业的昂贵费用，有效控制成本。

其有待改进之处在于：

1)钻井成本高(钻井设备多，钻井液费用高)；

2)不安全因素多(井喷、井塌)；

3)起下钻、固完井等施工更易污染地层(无滤饼，非欠平衡作业时钻井液、固相颗粒易侵入)。

连续油管钻井是指利用连续油管代替钻杆，在通过连续管作业机及配套的井下工具进行油气井的勘探开发作业。连续管钻井技术是近几年国外迅速发展起来的一项钻井前沿技术，是未来石油钻井工程的重要发展方向之一。

如何在连续油管钻井中利用欠平衡压力钻井方式进行钻井，达到理想的钻井效果，从而提高石油天然气勘探开发的速度是目前亟待解决的问题。

连续油管调制局部欠平衡钻井是通过环空封隔器将环空分为上下两段，上段是重泥浆，下段近钻头环空段为欠平衡钻井液，地面泵入钻井液通过连续油管流至钻头，然后经回流装置流入连续油管和钻杆内壁形成的微环空携岩并返回地面。连续油管调制局部欠平衡钻井可以有效控制井底近钻头环空压力，实现近钻头局部欠平衡钻井，提高机械钻速，降低钻井成本，所以开展连续油管调制局部欠平衡钻井水力特性研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法，用于测试连续油管调制井底局部欠平衡水力特性，包括欠平衡压差大小、岩屑运移特性、环空流动特性等；还能研究不同规格连续油管与钻杆组合、流量、钻井液性能、转速、回流装置结构等条件下环空流动特性、携岩规律以及井底压差变化规律。从而能为深井、超深井等下部较硬地层实施新型欠平衡钻井、提高机械钻速、维持井壁稳定及保护油气储层减少产层改造费用提供理论基础和技术支持。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，包括：

固定在地表上的实验架，所述实验架上设置有提升装置；

可滑动地设置在所述实验架上的顶部驱动装置；

设置在所述提升装置与所述顶部驱动装置之间的拉力计；

连接在所述顶部驱动装置下端的模拟管柱，所述模拟管柱包括：依次连接的旋转密封排岩装置、可视化钻杆、钻杆转换接头、钻杆、底端设置有钻头的回流装置，贯穿在所述顶部驱动装置至所述模拟管柱内的连续油管；

至少部分埋设在所述地表以下的模拟井筒，所述模拟井筒的上端设置有井筒封盖，所述模拟井筒下部设置有岩样；

设置在所述可视化钻杆和所述回流装置处的图像采集装置；

与所述连续油管和所述回流装置连通的地面管汇，所述地面管汇包括设置有水箱和泥浆泵的供液管路和设置有调压阀和振动筛的出液管路；

与所述提升装置、拉力计、图像采集装置电性连接的调控终端；

多个用于检测系统中流体压力的压力检测件，所述压力检测件与所调控终端电性连接。

在一个优选的实施方式中，所述压力检测件包括：

位于所述连续油管的入口处，用于检测注入流体压力的第一压力检测件；

位于所述旋转密封排岩装置出口处，用于检测返出流体压力的第二压力检测件；

用于检测所述模拟井筒内压力的至少一个第三压力检测件。

在一个优选的实施方式中，所述供液管路在所述水箱至所述泥浆泵的入口之间的管线上设置有进水阀，所述进水阀、泥浆泵、调压阀与所述调控终端电性连接。

在一个优选的实施方式中，所述泥浆泵的出口至所述连续油管的入口之间的供液管线上设置有流量计。

在一个优选的实施方式中，所述泥浆泵的出口至所述流量计之间的供液管线上设置有分支管线，所述分支管线的终端连接至所述水箱，所述分支管线上设置有节流阀，所述节流阀与所述调控终端电性连接。

在一个优选的实施方式中，所述可视化钻杆为有机玻璃钻杆。

在一个优选的实施方式中，所述顶部驱动装置上设置有滑动臂，所述实验架上设置有与所述滑动臂配合的滑动轨道。

在一个优选的实施方式中，所述井筒封盖用于封隔所述钻杆与所述钻杆所在的井筒之间形成的环空，所述井筒封盖以下的钻井液的密度低于所述井筒封盖以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试方法，包括：

打开进水阀，启动泥浆泵，循环钻井液，以第一压力试验运行，检测系统连接位置的密封性；

启动顶部驱动装置，带动钻杆及钻头旋转；

通过压力检测件和图像采集装置分别获取压力信号和图像数据；

基于所述压力信号确定井底欠平衡压差；基于所述图像数据确定环空流动特性和岩屑运移特性。

在一个优选的实施方式中，还包括：

调整试验条件，重复上述实验步骤，其中，调整试验条件包括下述中的一种或其组合：

不同规格的连续油管与钻杆的组合、不同的流量、不同的钻井液性能、不同的转速、不同的回流装置结构，以确定环空流动特性、岩屑运移特性以及井底欠平衡压差变化规律。

本发明的特点和优点是：本申请实施方式中提供一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法，可以真实模拟连续油管调制井底局部欠平衡钻井，测试连续油管调制井底局部欠平衡水力特性数据具有较高的真实性和可信度。本发明可以测试不同规格连续油管与钻杆配合、不同钻井液性能、不同回流装置结构、不同钻压及转速条件下的模拟井筒内压差变化规律，可以测得连续油管调制局部欠平衡钻井装置压耗，再通过图像采集装置，可以观察分析井底近钻头环空及连续油管与钻杆之间的环空中携岩钻井液的流动特性及携岩规律。本发明与传统测试方法相比，将推动连续油管钻井技术以及欠平衡钻井技术的发展进步，为深井、超深井等下部较硬地层复杂井况实施新型欠平衡钻井、提高机械钻速、维持井壁稳定及保护油气储层减少产层改造费用提供理论基础和技术支持。

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连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统的结构示意图；

图2是本申请实施方式中一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统模拟管柱及实验架的剖视图；

图3是本申请实施方式中一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统模拟管柱及实验架的侧视图；

图4是本申请实施方式中一种回流装置的剖视图；

图5是本申请实施方式中一种旋转密封排岩装置的剖视图；

图6是本申请实施方式中一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1.水箱，2.进水阀，3.泥浆泵，4.节流阀，5.流量计，6调压阀，7.振动筛，8.实验架，9.提升装置，10.拉力计，11.连续油管，12.顶驱密封法兰，13.滑动臂，14.顶部驱动装置，15.旋转密封排岩装置，16.可视化钻杆，17.钻杆转换接头，18.钻杆，19.井筒封盖，20.压力检测件，21.回流装置，22.钻头，23.模拟井筒，24.调控终端，25.图像采集装置，351.旋转密封排岩装置出口。

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。

小井眼钻井可以定义为90％以上井段用小于7英寸(177.5mm)钻头打的井眼。该技术具有设备灵便快捷，钻井周期小，钻井成本低等优点，特别适用低渗、边际油田开发，具备巨大发展潜力。

对于小井眼钻井而言，环空水力学是带动小井眼钻井发展的关键技术。与常规井眼相比，小井眼环空间隙小很多且为偏心环空，钻进时钻具旋转迫使泥浆上返轨迹由直线型变为螺旋型，大大增加循环压耗，此外，管柱接头对小井眼压耗影响也不能忽略。在进行钻井设计时，排量上限是等效泥浆密度(EGD)值不超过地层破裂压力，排量下限是保证在环空有足够携岩能力。小井眼钻井由于环空压耗增加使等效泥浆密度(EGD)增加，在既保证携岩能力又压破地层情况下，排量可调节范围缩小。因此，在小井眼中，环空压耗与良好的携岩之间存在较大的矛盾。

本发明提供一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统及方法，能够为深井，甚至超深井实施新型欠平衡钻井、新型连续油管钻井、小井眼钻井等可以提高机械钻速、降低钻井成本的钻井技术提供理论基础和技术支撑。

请参阅图1至图5，本申请实施方式中提供的一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统可以包括：固定在地表上的实验架8，所述实验架8上设置有提升装置9；可滑动地设置在所述实验架8上的顶部驱动装置14；设置在所述提升装置9与所述顶部驱动装置14之间的拉力计10；连接在所述顶部驱动装置14下端的模拟管柱，所述模拟管柱包括：依次连接的旋转密封排岩装置15、可视化钻杆16、钻杆转换接头17、钻杆18、底端设置有钻头22的回流装置21，贯穿在所述顶部驱动装置14至所述模拟管柱内的连续油管11；至少部分埋设在所述地表以下的模拟井筒23，所述模拟井筒23的上端设置有井筒封盖19，所述模拟井筒23下部设置有岩样；设置在所述可视化钻杆16和所述回流装置21处的图像采集装置25；与所述连续油管11和所述回流装置21连通的地面管汇，所述地面管汇包括设置有水箱和泥浆泵3的供液管路和设置有调压阀6和振动筛7的出液管路；与所述提升装置9、拉力计10、图像采集装置25电性连接的调控终端24；多个用于检测系统中流体压力的压力检测件20，所述压力检测件20与所调控终端24电性连接。

在本实施方式中，模拟井筒23可以埋于地下，具体的，其整体长度可以为4.5米，其中埋深可以为4m，地表以上为0.5m。该模拟井筒23的下部放置有岩样。所述模拟井筒23的上端设置有井筒封盖19，所述井筒封盖19用于封隔所述钻杆18与所述钻杆18所在的井筒之间形成的环空，所述井筒封盖19以下的钻井液的密度低于所述井筒封盖19以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。具体的，井筒封盖19与模拟井筒23可以通过螺栓连接。该井筒封盖19中部穿设有钻杆18。该钻杆18与井筒封盖19之间设置有密封环，可以相对转动并可以承受试验所需压力的水力密封。

在本实施方式中，实验架8用于提供悬吊力，其具体的结构本申请在此并不作具体的限定，其高度可以根据实验所需的管柱长度而适应性设计，本申请在此也不作具体的限定。该实验架8可以固定在地表上，其中心可以正对模拟井筒23。所述实验架8上依次悬吊有提升装置9、拉力计10等。其中，该提升装置9可以为绞车。

在本实施方式中，顶部驱动装置14可滑动地设置在所述实验架8上。具体的，所述顶部驱动装置14上设置有滑动臂13，所述实验架8上设置有与所述滑动臂13配合的滑动轨道。安装时，顶部驱动装置14通过两个滑动臂13安装在实验架8的滑动轨道内，可以实现顶部驱动装置14的垂直纵向移动，水平周向静止。该顶部驱动装置14由实验架8顶端固定的提升装置9悬挂。提升装置9与顶部驱动装置14间悬挂有拉力计10。

其中，拉力计10可以测得钻压的大小。其中钻压就是最下部钻头22对井底的压力。该系统中的钻压可以通过系统中钻杆18、顶部驱动装置14提供，也可以额外加重。拉力计10中的拉力可知钻压的大小。拉力计10通过数据线连接调控终端24，可通过调控终端24进行读数，提升装置9的升降也可通过调控终端24控制。具体调节时，可以通过调控终端24控制提升装置9升降，带动顶部驱动装置14以及与之连接的管柱上下移动。具体移动时，随着滑动臂13在滑动轨道内滑动，可以实现顶部驱动装置14及与之连接的管柱的上提下放。

在本实施方式中，顶部驱动装置14与钻杆18上方的钻杆盖通过法兰连接，钻杆盖与钻杆18通过螺纹连接。顶部驱动装置14的转动带动钻杆18转动。其中，该顶部驱动装置14的转速可以调节。具体的，该顶部驱动装置14可以与调控终端24定性连接，通过该调控终端24可以调节顶部驱动装置14的转速。

此外，所述顶部驱动装置14与连续油管11之间还设置有顶驱密封法兰12。具体的，顶驱密封法兰12用于密封连续油管11外壁和顶部驱动装置14之间的空隙。顶部驱动装置14和顶驱密封法兰12、连续油管11均保持静止。顶部驱动装置14下端连接钻杆盖的法兰可以旋转。钻杆18之间、钻杆18与回流装置21之间均可以通过螺纹连接。接单根时，模拟井筒23的井口位置可以使用安全卡瓦抱住钻杆18或回流装置21。

在本实施方式中，所述可视化钻杆16可以由透明材质制成。例如，该可视化钻杆16可以由有机玻璃制成，为有机玻璃钻杆18。钻杆18上接头与有机玻璃钻杆18、有机玻璃钻杆18与钻杆转换接头17之间可以通过法兰连接，以保证连接位置的密封性。钻杆18上接头连接完毕后，连续油管11从钻杆18内部插入，其下端可以通过回流装置21内的卡合结构，例如卡簧进行插装连接。连续油管11从顶部驱动装置14中心穿过，所述连续油管11的外壁与所述顶部驱动装置14的内壁之间可以间隔一定的间隙，两者相互之间不接触。

在本实施方式中，图像采集装置25可以分别设置在所述可视化钻杆16和所述回流装置21处，用于采集所述可视化钻杆16和所述回流装置21处的图像，然后将采集的图像传输给调控终端24。具体的，该图像采集装置25的形式可以为高速摄像机，当然，该图形采集装置还可以为其他具有图像采集功能的设备，例如，PIV(Particle Image Velocimetry)系统等，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

其中，所述回流装置21的具体结构可以参见图4，在该回流装置21中，形成了内外套设的管柱，其中，位于内层的连续油管11与位于外层的管体形成了尺寸较小的环空。钻井时，在井底局部欠平衡钻井前提下，模拟微环空高效携岩。该图像采集装置25设置在所述回流装置21处，能够观察该回流装置21处环空的岩屑运移特性。

当井底携岩流体通过钻杆18和连续油管11的环空在向上流动过程中，流经所述可视化钻杆16位置后，进入旋转密封排岩装置15，经过该装置后，改变流体的流动方向，从而从该旋转密封排岩装置15的出口向地面管汇返出。

其中，所述旋转密封排岩装置15可以参见图5，其能够改变流体的流动方向，将钻杆18内壁与连续油管11外壁之间形成的尺寸较小的环空上返的流体导向地面管汇。其中，该可视化钻杆16位置为最接近旋转密封排岩装置15的钻杆18管段。当图像采集装置25设置在该可视化钻杆16位置后，能够观察钻杆18与连续油管11之间环空流动特性。

在本实施方式中，地面管汇的两端分别与所述连续油管11和所述回流装置21相连通。所述地面管汇可以包括设置有水箱和泥浆泵3的供液管路和设置有调压阀6和振动筛7的出液管路。

所述供液管路在所述水箱至所述泥浆泵3的入口之间的管线上设置有进水阀2，所述进水阀2用于控制供液管路的通断。所述进水阀2、泥浆泵3、调压阀6与所述调控终端24电性连接，可以通过该调控终端24控制所述进水阀2、泥浆泵3、调压阀6的打开或关闭。

在所述泥浆泵3的出口至所述连续油管11的入口之间的供液管线上可以设置有流量计5，用于获取注入井内的流体流量信息。该流量计5也可以与调控终端24电性连接，从而将获取的流量信息传输给该调控终端24。

在一个实施方式中，所述泥浆泵3的出口至所述流量计5之间的供液管线上可以设置有分支管线，所述分支管线的终端连接至所述水箱，所述分支管线上设置有节流阀4，所述节流阀4与所述调控终端24电性连接。通过设置该分支管线及配套的节流阀4，可以将泥浆泵3泵送出的流体进行高效地分流。

在本实施方式中，该系统中还设置有多个用于检测系统中流体压力的压力检测件20，所述压力检测件20与所调控终端24电性连接。所述调控终端24可以基于所述压力检测件20检测到的不同位置的压力信号，确定出井底欠平衡压差大小。其中，所述压力检测件20的具体形式可以为压力变送器的形式，可以为压力传感器的形式，当然其还可以为其他具体的形式，本申请在此并不作具体的限定。

具体的，所述压力检测件20可以包括：位于所述连续油管11的入口处，用于检测注入流体压力的第一压力检测件；位于所述旋转密封排岩装置15出口351处，用于检测返出流体压力的第二压力检测件；用于检测所述模拟井筒23内压力的至少一个第三压力检测件。

当然，该压力检测件20的个数和具体设置位置还可以根据实际的压力检测需求而作适应性的增加或减少，例如，在所述模拟井筒外可以沿着深度方向均匀设置多个压力传感器等等，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

请参阅图6，基于上述实施方式中提供的一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，本申请还对应提供了一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤S10：打开进水阀2，启动泥浆泵3，循环钻井液，以第一压力试验运行，检测系统连接位置的密封性；

步骤S12：启动顶部驱动装置14，带动钻杆18及钻头22旋转；

步骤S14：通过压力检测件20和图像采集装置25分别获取压力信号和图像数据；

步骤S16：基于所述压力信号确定井底欠平衡压差；基于所述图像数据确定环空流动特性和岩屑运移特性。

此外，该方法还可以包括：调整试验条件，重复上述实验步骤。其中，调整试验条件包括下述中的一种或其组合：不同规格的连续油管11与钻杆18的组合、不同的流量、不同的钻井液性能、不同的转速、不同的回流装置21结构，以确定环空流动特性、岩屑运移特性以及井底欠平衡压差变化规律。

在一个具体的应用场景下，在正式进行测试前，可以先进行如下准备工作：步骤一、装配实验系统。在模拟井筒23内放入岩样，将连接钻杆18、回流装置21、钻头22，放入模拟井筒23内，钻杆18安装完成后，连续油管11从钻杆18内部插入，通过卡簧连接回流装置21，钻杆18最上端通过钻杆盖与顶部驱动装置14连接，顶部驱动装置14通过两个滑动臂13安装于实验架8上，顶部驱动装置14由提升装置9悬挂，中间安装拉力计10。

步骤二、分别在连续油管11入口处，旋转密封排岩装置出口351处、模拟井筒23等位置安装压力变送器，并使用数据线连接至调控终端24，进行调试，确保信号传输正常；

步骤三、使用地面管汇连接水箱、泥浆泵3、流量计5、实验装置、振动筛7整个回路，

步骤四、检查各装置连接顺序、各个接口位置密封性是否良好，检查调控终端24的运行情况，确保正常；安装摄像机，将摄像机架在有机玻璃钻杆18短节处。

具体安装时，关于步骤一：该模拟井筒23可以埋于地下，埋深4m，地表以上0.5m，实验架8固定在地表，中心正对模拟井筒23；钻杆18之间、钻杆18与回流装置21之间、回流装置21与钻头22之间均通过螺纹连接，接单根时，模拟井筒23井口位置使用安全卡瓦抱住钻杆18或回流装置21；井筒封盖19与模拟井筒23通过螺栓连接，钻杆18与井筒封盖19之间有密封环，可以承受试验所需压力的水力密封，可以相对转动；钻杆18上接头与有机玻璃钻杆18、有机玻璃钻杆18与钻杆转换接头17之间通过法兰连接；钻杆18上接头连接完毕后，连续油管11从钻杆18内部插入，通过卡簧进行插装连接；连续油管11从顶部驱动装置14中心穿过且不相互接触，顶部驱动装置14与钻杆18上方的钻杆盖通过法兰连接，钻杆盖与钻杆18通过螺纹连接，顶部驱动装置14通过两个滑动臂13安装在实验架8的滑动轨道内，可以实现顶部驱动装置14的垂直纵向移动，水平周向静止；顶部驱动装置14由实验架8顶端固定的提升装置9悬挂，提升装置9与顶部驱动装置14间悬挂有拉力计10，拉力计10通过数据线连接调控终端24，可通过调控终端24进行读数，提升装置9的升降也可通过调控终端24控制。

关于步骤二：压力变送器用来测试管内流体压力及压力的波动情况，压力变送器通过信号线连接调控终端24，调控终端24再将电信号转化为数据传输给电脑，通过电脑发出指令，可以控制调控终端24对实验装置进行控制，如提升装置9、拉力计10等。使用前应将实验装置与调控终端24连接好，对应不同位置的压力变送器，以防混淆，同时确保设备正常使用。

关于步骤三：从水箱开始连接地面管汇与实验装置，泥浆泵3入口与水箱连接，中间装有进水阀2，启车泥浆泵3之前，需提前打开进水阀2；泥浆泵3出口分成两股，一股使用高压管汇连接连续油管11，中间装有流量计5，另外一股返回水箱，中间装有节流阀4；通向连续油管11的一股从整个实验架8设备中的旋转密封排岩装置15流出，经过振动筛7之后，返回水箱；旋转密封排岩装置15与振动筛7之间装有调压阀6，通过调压阀6可以调节实验架8设备出口处的流体压力，进而影响整个设备流道中的压力，测试不同流体压力条件下连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性。

关于步骤四：主要检查所有实验装置的连接顺序及完整性，确保整个实验过程中装置形成回路；检查调控终端24是否正常运行，检查调控终端24连接的各个测量设备(压力变送器、拉力计10等)确保试验正常进行。

后续正式进入测试程序后，可以执行下述步骤：

步骤五、打开进水阀2，启动泥浆泵3，循环钻井液，低压试运行，检查低压情况下各个连接处的密封情况是否满足要求，检查调控终端24各项压力数据是否正常；

步骤六、启动顶部驱动装置14，转动钻杆18及下方钻头22，通过调控终端24控制提升装置9的升降，通过观察拉力计10读数可以调节钻压大小，调节节流阀4，测试不同钻井液流量、转速下连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性；

步骤七、关闭泥浆泵3，分别更换不同类型的钻井液、不同规格连续油管11与钻杆18组合、回流装置21结构，重新启车泥浆泵3，测试不同条件下连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性；

步骤八、通过调控终端24收集不同条件下连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性数据，与数值模拟结果进行对比分析，优化连续油管11与钻杆18规格配合、回流装置21结构，优选钻井液。

其中，步骤五中：低压试运行时，再次检查整个实验系统中各个接口位置及旋转密封位置的密封性，确保密封性良好，无漏水现象。检查调控终端24连接的各个测量设备对应接线柱是否有信号传输与波动，确保数据收集工作正常进行。

其中，步骤六中：顶部驱动装置14用来提供周向动力，带动钻杆18旋转，顶部驱动装置14由提升装置9悬挂，提升装置9由调控终端24控制升降；顶部驱动装置14的转速也是可调的，同样由调控终端24控制；顶部驱动装置14和提升装置9之间有拉力计10，拉力计10同样与调控终端24连接，通过拉力计10可以测得试验时的钻压，根据试验要求调整需加的钻压大小；分流阀、调压阀6同样由调控终端24控制，保证试验人员与高压区保持安全距离，确保人身安全。

其中，步骤七中：注意在更换试验设备时，注意提前停车泥浆泵3，更换之后依然按照前述六步操作执行，测试不同条件下连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性；试验结束后，将实验装置依次拆除，摆放整齐。

本发明所提供的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统可以真实模拟连续油管11调制井底局部欠平衡钻井，测试连续油管11调制井底局部欠平衡水力特性数据具有较高的真实性和可信度。本发明可以测试不同规格连续油管11与钻杆18配合、不同钻井液性能、不同回流装置21结构、不同钻压及转速条件下的模拟井筒23内压差变化规律，可以测得连续油管11调制局部欠平衡钻井装置压耗，再通过图像采集装置25，可以观察分析井底近钻头环空及连续油管11与钻杆18之间的环空中携岩钻井液的流动特性及携岩规律。本发明与传统测试方法相比，将推动连续油管11钻井技术以及欠平衡钻井技术的发展进步，为深井、超深井等下部较硬地层复杂井况实施新型欠平衡钻井、提高机械钻速、维持井壁稳定及保护油气储层减少产层改造费用提供理论基础和技术支持。

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 (10)

1.一种连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，包括：

固定在地表上的实验架，所述实验架上设置有提升装置；

可滑动地设置在所述实验架上的顶部驱动装置；

设置在所述提升装置与所述顶部驱动装置之间的拉力计；

连接在所述顶部驱动装置下端的模拟管柱，所述模拟管柱包括：依次连接的旋转密封排岩装置、可视化钻杆、钻杆转换接头、钻杆、底端设置有钻头的回流装置，贯穿在所述顶部驱动装置至所述模拟管柱内的连续油管；

至少部分埋设在所述地表以下的模拟井筒，所述模拟井筒的上端设置有井筒封盖，所述模拟井筒下部设置有岩样；

设置在所述可视化钻杆和所述回流装置处的图像采集装置；

与所述连续油管和所述回流装置连通的地面管汇，所述地面管汇包括设置有水箱和泥浆泵的供液管路和设置有调压阀和振动筛的出液管路；

与所述提升装置、拉力计、图像采集装置电性连接的调控终端；

多个用于检测系统中流体压力的压力检测件，所述压力检测件与所调控终端电性连接。

2.如权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述压力检测件包括：

位于所述连续油管的入口处，用于检测注入流体压力的第一压力检测件；

位于所述旋转密封排岩装置出口处，用于检测返出流体压力的第二压力检测件；

用于检测所述模拟井筒内压力的至少一个第三压力检测件。

3.如权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述供液管路在所述水箱至所述泥浆泵的入口之间的管线上设置有进水阀，所述进水阀、泥浆泵、调压阀与所述调控终端电性连接。

4.如权利要求3所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述泥浆泵的出口至所述连续油管的入口之间的供液管线上设置有流量计。

5.如权利要求4所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述泥浆泵的出口至所述流量计之间的供液管线上设置有分支管线，所述分支管线的终端连接至所述水箱，所述分支管线上设置有节流阀，所述节流阀与所述调控终端电性连接。

6.如权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述可视化钻杆为有机玻璃钻杆。

7.如权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述顶部驱动装置上设置有滑动臂，所述实验架上设置有与所述滑动臂配合的滑动轨道。

8.如权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统，其特征在于，所述井筒封盖用于封隔所述钻杆与所述钻杆所在的井筒之间形成的环空，所述井筒封盖以下的钻井液的密度低于所述井筒封盖以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

9.一种基于权利要求1所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试系统的测试方法，其特征在于，包括：

打开进水阀，启动泥浆泵，循环钻井液，以第一压力试验运行，检测系统连接位置的密封性；

启动顶部驱动装置，带动钻杆及钻头旋转；

通过压力检测件和图像采集装置分别获取压力信号和图像数据；

基于所述压力信号确定井底欠平衡压差；基于所述图像数据确定环空流动特性和岩屑运移特性。

10.如权利要求9所述的连续油管调制井底局部欠平衡水力特性测试方法，其特征在于，还包括：

调整试验条件，重复上述实验步骤，其中，调整试验条件包括下述中的一种或其组合：

不同规格的连续油管与钻杆的组合、不同的流量、不同的钻井液性能、不同的转速、不同的回流装置结构，以确定环空流动特性、岩屑运移特性以及井底欠平衡压差变化规律。