CN108776075A - 模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油钻井领域，尤其涉及一种模拟井下钻杆冲蚀磨损试验装置与方法。本发明包括接管、外筒、钻杆、内循环泥浆泵、外循环泥浆泵、内循环液压阀、外循环液压阀、流量计、内循环压力表、外循环压力表、内循环管线、外循环管线及泥浆池。本发明装置能够实现在地层条件下模拟钻杆受冲蚀的状态，能够发现钻杆失效的位置、形式以及特定工作环境下的工作寿命；本发明将钻井液升温加压系统与钻杆冲蚀模拟装置相组合，从而可以更加方便且真实地模拟并还原实际生产中钻杆受冲蚀磨损的状态；本发明装置尺寸适中，结构简单，便于拆装，满足安全需要。

Description

模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，尤其涉及一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，本发明还涉及采用这种试验装置的试验方法。
背景技术
钻井过程中，钻杆的主要作用是将钻井液运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔。钻井液从钻杆内壁流经钻头喷射到井底，再由钻杆外壁循环到达地面，钻杆必须能够承受巨大的内外压，还有钻井液对其的冲蚀、磨损作用。在油气的开采和提炼过程中，钻杆需要被多次使用，由于钻杆具有易磨损、易腐蚀、易疲劳且综合力学要求高等恶劣工作环境特点，在反复使用的过程中，钻杆可能会出现杆体断裂、丝扣断裂、丝扣破损等失效形式。
目前，在石油钻采开发领域内并没有一套完整的模拟井下钻杆冲蚀磨损的装置以及完整的实验方法，缺乏检测钻杆在实际作业中出现的各种失效位置、失效形式以及工作寿命等。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置及试验方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：
本发明的第一目的是提供一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在于，它包括接管、外筒、钻杆、内循环泥浆泵、外循环泥浆泵、内循环液压阀、外循环液压阀、流量计、内循环压力表、外循环压力表、内循环管线、外循环管线及泥浆池；所述的钻杆置于外筒内，钻杆上下两端都连接接管；所述的接管通过内循环管线与泥浆池连接；所述的内循环压力表、内循环液压阀和内循环泥浆泵安装在内循环管线上；所述的泥浆池与外筒进口和外筒出口通过外循环管线连接；所述的泥浆池和外筒进口之间的外循环管线上安装有外循环泥浆泵和外循环压力表；所述的泥浆池和外筒出口之间的外循环管线上安装外循环液压阀、流量计。
进一步的，所述的接管与外筒连接部位通过O型圈、压盖和锁紧螺母密封。
进一步的，所述的接管通过内接头和外接头接入内循环管线；所述的内接头和外接头通过由壬螺母连接。
进一步的，所述的外筒进口和外筒出口分别通过过滤头连接到外循环管线。
进一步的，所述的泥浆池内有加热器。
本发明的第二目的是提供一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)准备：组装好试验装置；
(2)充液：首先打开内循环液压阀、外循环液压阀，然后启动内循环泥浆泵、外循环泥浆泵，循环钻井液1～2分钟，检查整套装置是否密封完整；
(3)加压、升温：待内、外循环系统内液体充满以及密封性检查结束后，先打开泥浆池加热器，设定温度值，然后再分别设定内循环泥浆泵、外循环泥浆泵的压力值，加热后的钻井液分别进入内循环管线、外循环管线中；
(4)采集数据：待流量计、内循环压力表、外循环压力表的数值达到了实验所需的预定值并稳定之后，开始记录流量值和压力值，直到内循环压力表、外循环压力表的数值出现明显变化，流量计值由稳定状态到开始出现一定程度增大，停止记录数据；
(5)结束阶段：先关闭内循环泥浆泵、外循环泥浆泵，再关闭内循环液压阀、外循环液压阀，最后取出失效后的钻杆，分析破损原因。
进一步的，所述的泥浆池加热器(21)的实验温度值在室温至120℃之间。
进一步的，所述的内循环泥浆泵10、外循环泥浆泵18的实验压力值在10MPa至70MPa之间。
进一步的，所述的内循环泥浆泵(10)设定的实验压力值大于外循环泥浆泵(18)设定的实验压力值。
本发明的有益效果是：本发明装置能够实现在地层条件下模拟钻杆受冲蚀的状态，能够发现钻杆失效的位置、形式以及特定工作环境下的工作寿命；本发明将钻井液升温加压系统与钻杆冲蚀模拟装置相组合，从而可以更加方便且真实地模拟并还原实际生产中钻杆受冲蚀磨损的状态，且获得的失效形式、位置更加近似实际工程中的现场状况，使用寿命也更加符合现场的钻杆使用时间；本发明装置尺寸适中，结构简单，便于拆装，满足安全需要。
附图说明
图1为本发明的试验装置图；
图2为模拟钻杆图；
其中：1-外接头；2-由壬螺母；3-内接头；4-接管；5-锁紧螺母；6-压盖；7-外筒；8-钻杆；9-内循环管线；10-内循环泥浆泵；11-O型圈；
12-外循环液压阀；13-流量计；14-泥浆池；15-外循环压力表；16-内循环液压阀；17-内循环压力表；18-外循环泥浆泵；19-外筒出口；20-外筒进口；21-加热器；22-外循环管线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1～2所示，本发明主要由接管4、内空的外筒7、钻杆8、内循环泥浆泵10、外循环泥浆泵18、内循环液压阀16、外循环液压阀12、流量计13、内循环压力表17、外循环压力表15、内循环管线9、外循环管线22及泥浆池14组成。
所述的钻杆8放置在外筒7内部，钻杆8上下两端都连接接管4；所述的接管4与外筒7连接部位由O型圈11、压盖6和锁紧螺母5密封；所述的接管4的另一端连接内接头3，所述的内接头3通过由壬螺母2连接外接头1；所述的外接头1通过内循环管线9与泥浆池14连接；在内循环管线9上有内循环液压阀16、内循环压力表17、内循环泥浆泵10。
所述的泥浆池14与外筒进口20和外筒出口19通过外循环管线22连接；所述的泥浆池14和外筒进口20之间的外循环管线22上装有外循环泥浆泵18和外循环压力表15；所述的泥浆池14和外筒出口19之间的外循环管线22上安装外循环液压阀12、流量计13；所述的外筒进口20和外筒出口19分别通过过滤头连接到外循环管线22；所述的泥浆池14内有加热器21。
所述的泥浆池14和内循环管线9、钻杆8组成钻杆内循环系统；所述的泥浆池14和外循环管线22、内空的外筒7组成钻杆外循环系统。
实验时，在钻杆内循环系统中，通过内循环泥浆泵10作用，泥浆池14中钻井液进入内循环管线9，通过上接管4后进入钻杆8内部，冲刷钻杆8内壁，继续通过下接管，最后返回到泥浆池14中；在钻杆外循环系统中，通过外循环泥浆泵18作用，钻井液从泥浆池14进入外循环管线22，由外筒进口20进入外筒7中，冲刷钻杆8外壁后继续从外筒出口19返回到泥浆池14中。
所述的流量计13记录外循环系统的流量实时数据，如果在实验过程中该数据出现了较大的波动，就可以判断外筒7内流量的增加情况，以此间接反映出钻杆是否发生了泄露，进而检查钻杆的密封完整性，判断钻杆的失效形式。一旦判断出钻杆出现破损现象，记录此时试验时间，通过时间差值来计算出钻杆在该环境下的正常工作寿命。
本发明实施过程中的试验方法为：
(1)准备：组装好试验装置；
(2)充液：首先打开内循环液压阀16、外循环液压阀12，然后启动内循环泥浆泵10、外循环泥浆泵18，循环钻井液1～2分钟，检查整套装置是否密封完整；
(3)加压、升温：待内、外循环系统内液体充满以及密封性检查结束后，先打开泥浆池加热器21，设定实验温度值(一般温度的设定在室温至120℃之间)，然后再分别设定内循环泥浆泵10、外循环泥浆泵18的实验压力值(钻井液循环泵压值设定的范围在10MPa至70MPa之间，内循环泥浆泵压值一般大于外循环泵压值。)，加热后的钻井液分别进入内循环管线9、外循环管线22中；
(4)采集数据：待流量计13、内循环压力表17、外循环压力表15的数值达到了实验所需的预定值并稳定之后，开始记录流量值和压力值，直到内循环压力表17、外循环压力表15的数值出现明显变化，流量计13值由稳定状态到开始出现增大，停止记录数据；
(5)结束：先关闭内循环泥浆泵10、外循环泥浆泵18，再关闭内循环液压阀16、外循环液压阀12，最后取出失效后的钻杆8，分析破损原因。
上述实验步骤(3)中设定的温度、压力值是实验模拟的钻井深度所对应的温度值、压力值。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在于：它包括接管(4)、内空的外筒(7)、钻杆(8)、内循环泥浆泵(10)、外循环泥浆泵(18)、内循环液压阀(16)、外循环液压阀(12)、流量计(13)、内循环压力表(17)、外循环压力表(15)、内循环管线(9)、外循环管线(22)及泥浆池(14)；所述的钻杆(8)置于外筒(7)内，钻杆(8)上下两端都连接接管(4)；所述的接管(4)通过内循环管线(9)与泥浆池(14)连接；所述的内循环压力表(17)、内循环液压阀(16)和内循环泥浆泵(10)安装在内循环管线(9)上；所述的泥浆池(14)与外筒进口(20)和外筒出口(19)通过外循环管线(22)连接；所述的泥浆池(14)和外筒进口(20)之间的外循环管线(22)上安装有外循环泥浆泵(18)和外循环压力表(15)；所述的泥浆池(14)和外筒出口(19)之间的外循环管线(22)上安装外循环液压阀(12)、流量计(13)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在：所述的接管(4)与外筒(7)连接部位通过O型圈(11)、压盖(6)和锁紧螺母(5)密封。
3.根据权利要求2所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在：所述的接管(4)通过内接头(3)和外接头(1)接入内循环管线(9)；所述的内接头(3)和外接头(1)通过由壬螺母(2)连接。
4.根据权利要求1所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在：所述的外筒进口(20)和外筒出口(19)分别通过过滤头连接到外循环管线(22)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置，其特征在：所述的泥浆池(14)内有加热器(21)。
6.采用权利要求1-5中任一权利要求所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备：组装好试验装置；
(2)充液：首先打开内循环液压阀(16)、外循环液压阀(12)，然后启动内循环泥浆泵(10)、外循环泥浆泵(18)，循环钻井液1～2分钟，
检查整套装置是否密封完整；
(3)加压、升温：待内、外循环系统内液体充满以及密封性检查结束
后，先打开泥浆池加热器(21)，设定温度值，然后再分别设定内
循环泥浆泵(10)、外循环泥浆泵(18)的压力值，加热后的钻井液
分别进入内循环管线(9)、外循环管线(22)中；
(4)采集数据：待流量计(13)、内循环压力表(17)、外循环压力表(15)的数值达到了实验所需的预定值并稳定之后，开始记录流量值和
压力值，直到内循环压力表(17)、外循环压力表(15)的数值出现
明显变化，流量计(13)值由稳定状态到开始出现一定程度增大，
停止记录数据；
(5)结束：先关闭内循环泥浆泵(10)、外循环泥浆泵(18)，再关闭内循环液压阀(16)、外循环液压阀(12)，最后取出失效后的钻杆(8)，分析破损原因。
7.根据权利要求6所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损试验装置与方法，其特征在：所述的泥浆池加热器(21)的实验温度值在室温至120℃之间。
8.根据权利要求6所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损试验装置与方法，其特征在：所述的内循环泥浆泵(10)、外循环泥浆泵(18)的实验压力值在10MPa至70MPa之间。
9.根据权利要求8所述的一种模拟井下钻杆冲蚀磨损试验装置与方法，其特征在：所述的内循环泥浆泵(10)设定的实验压力值大于外循环泥浆泵(18)设定的实验压力值。
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