CN108894776B - 一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，包括实验仓、设在实验仓内模拟地层结构的地层填充层，地层填充层上方设有井口装置，井口装置内贯穿穿有下端伸入地层填充层内的中空的钻杆，钻杆下端固定有钻头，钻杆上端连接有驱动钻杆转动的旋转电机，旋转电机滑动连接有带动旋转电机作升降运动的升降装置，钻杆上端与井口装置之间设有双泵系统，所述的双泵系统包括连接于钻杆上端面与井口装置侧面之间的连接管线，连接管线上段设有输水泵，连接管线的下段设有泥浆泵。本发明可模拟不同钻进速度，流动速度，得出管汇以及井筒流道中循环压耗，为无隔水管钻井系统不同排量工况下井筒压力分布提供实验数据。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探设备技术领域，尤其是一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置。
背景技术
随着常规油气资源的日益萎缩，在深水、超深水油气资源日益成为研究的焦点，传统海洋钻井技术主要是在海面与泥线之间采用大尺寸隔水管，需较大的体积空间来提供足够的浮力支撑，大尺寸隔水管成本高，海底泥线以下井控问题复杂等。
为此，无隔水管钻井技术作为一种新兴的海洋钻井技术被研发，该技术其核心是使系统中泥浆在海底环空顶部或海底泥线处产生的压力与海水静液压力相等，或者使隔水管中泥线处流体当量密度与海水密度相等，该技术在勘探过程中体现出明显的优势。但是目前针对无隔水管钻井水力学的研究相对较少、研究方法还不完善，特别是非钻进工况井筒流动规律的研究，因此亟待开发一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，以模拟不同钻进速度，流动速度，得出管汇以及井筒流道中循环压耗，为无隔水管钻井系统不同排量工况下井筒压力分布提供实验数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，包括实验仓、设在实验仓内模拟地层结构的地层填充层，所述的地层填充层上方设有井口装置，井口装置内贯穿穿有下端伸入地层填充层内的中空的钻杆，钻杆下端固定有钻头，钻杆上端连接有驱动钻杆转动的旋转电机，旋转电机滑动连接有带动旋转电机作升降运动的升降装置，所述的钻杆上端与井口装置之间设有双泵系统，所述的双泵系统包括连接于钻杆上端面与井口装置侧面之间的连接管线，连接管线上段设有模拟平台泵的输水泵，连接管线的下段设有模拟海底泵的泥浆泵，连接管线中段设有钻井液回收装置。
进一步地，该实验装置还具有数据监控系统，所述数据监控系统包括安装在钻头后部的压力传感器、连接于连接管线上的流量计和压力表以及传感部分埋设在地层填充层内的温度计。
具体说，所述的旋转电机包括固定部和转动部，钻杆上端与转动部传动连接，固定部外壁具有凸条；所述的升降装置包括套壳，套壳内开设有与所述凸条滑动配合的滑槽，固定部底部安装有通过电机驱动而带动固定部升降的传动链条。
为保证在钻头下行时地层填充层的稳定，所述的地层填充层侧面设有压板，实验仓的仓板上固定有与所述压板连接的丝杆。
所述的地层填充层从上自下依次为淤泥层、沙石层和岩石层，淤泥层与沙石层或沙石层与岩石层之间设有温度控制装置。
本发明的有益效果是：本发明采用的双泵系统，可以模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验，结合双泵的工作状态，采用钻头最大水功率原则，提出适用于无隔水管钻井系统的水力优化设计方案；并通过模拟钻井液在钻杆内的流动、井下的环状流以及与双泵系统相结合的采出液流动和循环流动，研究出无隔水管钻井系统发生U型管效应过程井筒动态水力参数的变化规律。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述钻井模拟系统放大示意图。
图3是图2中A-A剖视图。
图4是本发明中钻井液流动循环示意图。
图中：1.实验仓 2.地层填充层 2-1.淤泥层 2-2.沙石层 2-3.岩石层2-4.温度控制装置 3.井口装置 4.钻杆 5.钻头 6.旋转电机 6-1.固定部6-2.转动部 6-3.凸条 7.升降装置 7-1.套壳 7-2.滑槽 7-3.电机 7-4.传动链条 8.连接管线 9.输水泵 10.泥浆泵11.钻井液回收装置 12.压力传感器 13.流量计 14.压力表 15.温度计 16.压板 17.丝杆
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图3所示，一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，包括实验仓1、设在实验仓1内模拟地层结构的地层填充层2，地层填充层2可以分为多层，本实施例中从上自下依次为淤泥层2-1、沙石层2-2和岩石层2-3，同时可根据实验要求增加或减少实验层数，淤泥层2-1与沙石层2-2或沙石层2-2与岩石层2-3之间设有温度控制装置2-4。
所述的地层填充层2上方设有井口装置3，井口装置3内贯穿穿有下端伸入地层填充层2内的钻杆4，钻杆4下端固定有钻头5，两者结合可实现模拟钻井的实验，其中钻杆4是空心杆，流体可通过其中，钻杆4上端连接有驱动钻杆4转动的旋转电机6，旋转电机6滑动连接有带动旋转电机6作升降运动的升降装置7。
所述的旋转电机6包括固定部6-1、转动部6-2、电源接口、控制开关以及调速旋钮，钻杆4上端与转动部6-2传动连接，固定部6-1两侧的外壁上分别具有凸条6-3；所述的升降装置7包括套壳7-1，套壳7-1内壁上开设有与所述凸条6-3滑动配合的滑槽7-2，固定部6-1底部安装有通过电机7-3驱动而带动固定部6-1升降的传动链条7-4。
所述的钻杆4上端与井口装置3之间设有双泵系统，所述的双泵系统包括连接于钻杆4上端面与井口装置3侧面之间的连接管线8，连接管线8上段设有模拟平台泵的输水泵9，连接管线8的下段设有模拟海底泵的泥浆泵10，连接管线8中段设有钻井液回收装置11。
上述地层填充层2、井口装置3、钻杆4、钻头5、旋转电机6以及升降装置7构成了本发明的钻井模拟系统。
该实验装置还具有数据监控系统，所述数据监控系统包括安装在钻头5后部的压力传感器12、连接于连接管线8上的流量计13和压力表14以及传感部分埋设在地层填充层2内的温度计15。
位于地层填充层2侧面设有压板16，实验仓1两侧的仓板上固定有与所述压板16连接的丝杆17，以保证在钻头5下行时地层填充层2的稳定。
如图4所示，钻杆4、井口装置3、地层填充层2内的井、连接管线8、泥浆泵10、输水泵9、钻井液回收装置11形成了钻井液的循环流动。
本发明的工作过程简述如下：
根据实验要求，在地层填充层2内设置好相应的填充地层，转动丝杆17对压板16进行固定。打开电机7-3和旋转电机6的开关，让钻头5下行一段距离后关闭。先打开输水泵9处的阀门，使钻杆4和连接管线8内灌满液体，然后打开泥浆泵10。
按实验要求，设定升降装置7的下降速度和旋转电机6的旋转速度，以模拟钻井钻杆4内的流动液、井下的环状流、以及与双泵系统相结合的采出液的流动和循环流动状况，结合双泵的工作状态，采用钻头5最大水功率原则，模拟提出适用于无隔水管钻井系统的水力优化设计方案。
上述实验过程中，记录下压力表14、流量计13、压力传感器12和温度计15的数据。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，包括实验仓、设在实验仓内模拟地层结构的地层填充层、循环系统及升降系统，其特征是：所述的实验仓包括位于地层填充层侧面的压板，实验仓的仓板上固定有与所述压板连接的丝杆，所述的地层填充层上方设有井口装置，井口装置内贯穿有下端伸入地层填充层内的中空的钻杆，钻杆下端固定有钻头，钻杆上端连接有驱动钻杆转动的旋转电机；
所述的循环系统包括设置在钻杆上端与井口装置之间的双泵系统，所述双泵系统包括连接于钻杆上端面与井口装置侧面之间的连接管线，连接管线上段设有模拟平台泵的输水泵，连接管线的下段设有模拟海底泵的泥浆泵，连接管线中段设有钻井液回收装置；
所述的升降系统包括旋转电机的固定部和转动部，钻杆上端与转动部传动连接，固定部外壁具有用于升降传动的凸条；
所述的旋转电机滑动连接有带动旋转电机作升降运动的升降装置，所述的升降装置包括套壳，套壳内开设有与所述凸条滑动配合的滑槽，固定部底部安装有通过电机驱动而带动固定部升降的传动链条；
所述的地层填充层从上自下依次为淤泥层、沙石层和岩石层，淤泥层与沙石层或沙石层与岩石层之间设有温度控制装置；
所述的地层填充层、井口装置、钻杆、钻头、旋转电机以及升降装置构成钻井模拟系统；
所述实验装置还具有数据监控系统，所述数据监控系统包括安装在钻头后部的压力传感器、连接于连接管线上的流量计和压力表以及传感部分埋设在地层填充层内的温度计；
在地层填充层内设置好相应的填充地层，转动丝杆对压板进行固定，打开电机和旋转电机的开关，让钻头下行一段距离后关闭，先打开输水泵处的阀门，使钻杆和连接管线内灌满液体，然后打开泥浆泵；
按实验要求，设定升降装置的下降速度和旋转电机的旋转速度，以模拟钻井钻杆内的流动液、井下的环状流、以及与双泵系统相结合的采出液的流动和循环流动状况，结合双泵的工作状态，采用钻头最大水功率原则，模拟提出适用于无隔水管钻井系统的水力优化设计方案；
过程中，记录下压力表、流量计、压力传感器和温度计的数据。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080510A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-01 | 中国海洋石油总公司 | 实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统及方法 |
| CN104763333A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-08 | 中国海洋石油总公司 | 一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080510A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-01 | 中国海洋石油总公司 | 实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统及方法 |
| CN104763333A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-08 | 中国海洋石油总公司 | 一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法 |
| CN204532070U (zh) * | 2015-04-01 | 2015-08-05 | 中国海洋石油总公司 | 一种基于海底泵控压的钻井系统 |
| CN105890869A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-24 | 西南石油大学 | 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置 |
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