CN110593782B - 一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置，主要由空气压缩机、连接气管、进气管道、气体压力计、气体电磁阀、气体流量计、单流阀、模拟隔水管、液体压力计、大管卡、液体密度计、模拟钻柱、进液管道、小管卡、排液管道、弯管接头、支撑架、液体流量计、液体电磁阀、离心泵进水管、离心泵、实验台架、水池、排污阀和排污管道组成；通过模拟深海隔水管充气双梯度钻井系统实际工况，得到具体的实验数据，其特性与实际设备基本一致，满足技术人员进行模拟隔水管充气钻井的实验要求。

Description

一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置
技术领域
本发明涉及一种双梯度充气钻井实验装置，特别是一种用于模拟深海隔水管充气双梯度钻井的室内实验装置，属于石油工程或机械工程技术领域。
背景技术
随着陆地石油资源的不断开采，我国如今已将石油资源的开采转向了海洋，但是海洋钻井环境更复杂，容易出现常规钻井装备和钻井方法难以克服的技术难题。由于上覆岩层压力下降，地层孔隙压力与破裂压力之间的差幅变小，要想同时保持井眼压力平衡和井眼的稳定就会引起问题，限制了钻达目标深度的能力。如果使用常规方法，就要采用增加套管层数的方式来最大程度地降低作业风险，换取继续钻进的可能。
现如今大多采用双梯度钻井技术来解决此问题，而隔水管充气双梯度钻井技术则是双梯度钻井技术中的一种，采用充气双梯度钻井技术能够通过注入气体来改变海床以上至钻井船上的隔水管环空中钻井液的密度，实现双梯度钻井，在不需要大范围内改变钻采设备的基础上节约了成本；并且可使破裂压力和孔隙压力之间的余量相对增大，减少井涌和井漏等事故的发生。而目前国内的充气双梯度钻井技术并不是特别成熟，基于这一情况，在考虑成本的情况下发明一种室内的充气双梯度钻井实验装置具有重要意义，通过室内实验探究双梯度钻井技术的技术要点及问题所在，为我国的海洋钻井事业做出贡献。
发明内容
本发明为了实现对实际钻井工程中隔水管充气双梯度钻井系统的模拟，发明了一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置，该实验装置操作简单，能有效模拟工程中充气双梯度钻井实际工况。
本发明所采用的技术方案是：
一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置，主要由空气压缩机、连接气管、进气管道、气体压力计、气体电磁阀、气体流量计、单流阀、模拟隔水管、液体压力计、大管卡、液体密度计、模拟钻柱、进液管道、小管卡、排液管道、弯管接头、支撑架、液体流量计、液体电磁阀、离心泵进水管、离心泵、实验台架、水池、排污阀和排污管道组成；其特征在于：所述空气压缩机通过连接气管与进气管道连接，空气压缩机所产生的高压气体通过连接气管注入进气管道；所述气体压力计、气体电磁阀、气体流量计和单流阀依次安装在进气管道中，所述气体压力计分别在进气管道首端和尾端各安装有一个，用于检测气体的压力大小，而气体电磁阀和气体流量计则分别用于控制气体通道的开闭和检测气体的流量大小；所述模拟隔水管通过大管卡固定在支撑架上，并在其上等间距安装有四个液体压力计和一个液体密度计；所述模拟钻柱安装于模拟隔水管内部其长度延伸到模拟隔水管底部，其上端通过弯管接头与进液管道连通；所述排液管道安装在模拟隔水管顶端，通过小管卡固定在支撑架上，并在其尾端靠近水池处设置有一个液体压力计用于检测出液口液体压力大小；所述进液管道一端通过弯管接头与模拟钻柱连接，另一端与离心泵连接，并通过小管卡固定在支撑架上，同时在靠近离心泵一端安装有液体流量计和液体电磁阀；所述离心泵和水池安装在实验台架上，并通过离心泵进水管将离心泵和水池连通；所述排污阀和排污管道安装在模拟隔水管底端，用于排除模拟隔水管内的污渍和液体。
进行实验时，接通各处电源，并检查管汇各处连接与安装是否完好，待检查完毕后，打开液体电磁阀然后打开离心泵，将水池里的液体泵入进液管道内，液体流经进液管道到达模拟钻柱，然后经模拟钻柱到达模拟隔水管底部；液体在模拟隔水管底部集聚然后沿模拟隔水管向上流动，最后经排液管道返回水池；当液体在管道内建立完整的循环时，打开气体电磁阀，然后打开空气压缩机，向进气管道内注入高压气体，高压气体经进气管道在模拟隔水管底部与液体汇合，此时充入气体的液体密度会发生变化，通过控制气体电磁阀来调节注气量的大小，从而达到控制液体密度的目的；并通过观察各仪表的数据，得到实验所要测得的数据。与现有技术相比，本发明专利具的有益效果是：(1)本发明通过研究国外隔水管充气双梯度钻井技术方案，提出了本发明的设计方案，装置安装制作简单，操作安全可靠；(2)国内现目前没有可行性很好的双梯度钻井方案，对双梯度钻井的理论研究也不深刻，本发明能够通过模拟双梯度充气钻井的实际工况，测得具体的相关数据，为开发适合我国国情且具有自主知识产权的深水钻井技术，形成一整套指导我国深水石油开发的钻井技术体系做出理论铺垫。
附图说明
图1是一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置的三维的示意图；
图2是一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置的局部放大视图。
图中：1.空气压缩机，2.连接气管，3.进气管道，4.气体压力计，5.气体电磁阀，6.气体流量计，7.单流阀，8.模拟隔水管，9.液体压力计，10.大管卡，11.液体密度计，12.模拟钻柱，13.进液管道，14.小管卡，15.排液管道，16.弯管接头，17.支撑架，18.液体流量计，19.液体电磁阀，20.离心泵进水管，21.离心泵，22.实验台架，23.水池，24.排污阀，25.排污管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示：一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置，主要由空气压缩机1、连接气管2、进气管道3、气体压力计4、气体电磁阀5、气体流量计6、单流阀7、模拟隔水管8、液体压力计9、大管卡10、液体密度计11、模拟钻柱12、进液管道13、小管卡14、排液管道15、弯管接16头、支撑架17、液体流量计18、液体电磁阀19、离心泵进水管20、离心泵21、实验台架22、水池23、排污阀24和排污管25道组成；其特征在于：所述空气压缩机1通过连接气管2与进气管道3连接，空气压缩机1所产生的高压气体通过连接气管2注入进气管道3；所述气体压力计4、气体电磁阀5、气体流量计6和单流阀7依次安装在进气管道3中，所述气体压力计4分别在进气管道3首端和尾端各安装有一个，用于检测气体的压力大小，而气体电磁阀5和气体流量计6则分别用于控制气体通道的开闭和检测气体的流量大小；所述模拟隔水管8通过大管卡10固定在支撑架17上，并在其上等间距安装有四个液体压力计9和一个液体密度计11；所述模拟钻柱12安装于模拟隔水管8内部其长度延伸到模拟隔水管8底部，其上端通过弯管接头16与进液管道13连通；所述排液管道15安装在模拟隔水管8顶端，通过小管卡14固定在支撑架17上，并在其尾端靠近水池处设置有一个液体压力计9用于检测出液口液体压力大小；所述进液管道13一端通过弯管接头16与模拟钻柱12连接，另一端与离心泵21连接，并通过小管卡14固定在支撑架17上，同时在靠近离心泵21一端安装有液体流量计18和液体电磁阀19；所述离心泵21和水池23安装在实验台架22上，并通过离心泵进水管20将离心泵21和水池23连通；所述排污阀24和排污管道25安装在模拟隔水管8底端，用于排除模拟隔水管8内的污渍和液体。进行实验时，接通各处电源，并检查管汇各处连接与安装是否完好，待检查完毕后，打开液体电磁阀19然后打开离心泵21，将水池里的液体泵入进液管道13内，液体流经进液管道13到达模拟钻柱12，然后经模拟钻柱12到达模拟隔水管8底部；液体在模拟隔水管8底部集聚然后沿模拟隔水管8向上流动，最后经排液管道15返回水池23；当液体在管道内建立完整的循环时，打开气体电磁阀5，然后打开空气压缩机1，向进气管道3内注入高压气体，高压气体经进气管道3在模拟隔水管8底部与液体汇合，此时充入气体的液体密度会发生变化，通过控制气体电磁阀5来调节注气量的大小，从而达到控制液体密度的目的；并通过观察各仪表的数据，得到实验所要测得的数据。
以上所述具体实施方式用于说明本专利而非限制本专利的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本专利的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本专利系统的保护范围。

Claims (1)

1.一种隔水管充气双梯度钻井室内实验装置，主要由空气压缩机(1)、连接气管(2)、进气管道(3)、气体压力计(4)、气体电磁阀(5)、气体流量计(6)、单流阀(7)、模拟隔水管(8)、液体压力计(9)、大管卡(10)、液体密度计(11)、模拟钻柱(12)、进液管道(13)、小管卡(14)、排液管道(15)、弯管接头(16)、支撑架(17)、液体流量计(18)、液体电磁阀(19)、离心泵进水管(20)、离心泵(21)、实验台架(22)、水池(23)、排污阀(24)和排污管道(25)组成；其特征在于：所述空气压缩机(1)通过连接气管(2)与进气管道(3)连接，空气压缩机(1)所产生的高压气体通过连接气管(2)注入进气管道(3)；所述进气管道(3)一端连接空气压缩机(1)，另一端与模拟隔水管(8)的下端连通，用于将空气压缩机(1)产生的高压气体导入模拟隔水管(8)内，并且进气管道(3)上依次安装有气体压力计(4)、气体电磁阀(5)、气体流量计(6)和单流阀(7)；所述气体压力计(4)分别在进气管道(3)首端和尾端各安装有一个，用于检测气体的压力大小，而气体电磁阀(5)和气体流量计(6)则分别用于控制气体通道的开闭和检测气体的流量大小；所述模拟隔水管(8)通过大管卡(10)固定在支撑架(17)上，支撑架(17)安装在实验台架(22)上；并且所述模拟隔水管(8)上等间距安装有一个液体密度计(11)和四个液体压力计(9)；所述模拟钻柱(12)安装于模拟隔水管(8)内部其长度延伸到模拟隔水管(8)底部，同时模拟钻柱(12)上端通过弯管接头(16)与进液管道(13)连通；所述排液管道(15)安装在模拟隔水管(8)上端并通过小管卡(14)固定在支撑架(17)上，同时在排液管道(15)尾端靠近水池处设置有一个液体压力计(9)用于检测出液口液体压力大小；所述进液管道(13)一端通过弯管接头(16)与模拟钻柱(12)连接，另一端与离心泵(21)连接，并通过小管卡(14)固定在支撑架(17)上，同时在进液管道(13)靠近离心泵(21)的一端安装有液体流量计(18)和液体电磁阀(19)；所述离心泵(21)和水池(23)安装在实验台架(22)上，并通过离心泵进水管(20)将离心泵(21)和水池(23)连通；所述排污阀(24)和排污管道(25)安装在模拟隔水管(8)底端，用于排除模拟隔水管(8)内的污渍和液体。
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