CN110718135A - 一种钻井井控模拟教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井井控模拟教学实验装置，包括底座，所述底座上通过连接机构与盛放箱相连接，所述盛放箱内内固定设有数量若干液压缸，所述液压缸上固定设有盛放平台，所述盛放平台上放置有模拟箱，所述模拟箱上设有开口，所述开口处设有压覆板，所述压覆板上开设有井口，所述压覆板上固定设有数量为两个的连接片，所述连接片上位于所述盛放箱上固定设有支架。本发明的有益效果为：能够有效的模拟真实的开挖情况，本发明设备简单，易组装，学生在实验过程中能够亲自动手完成，可以激发学习的积极性，加深学生对钻井井控理论知识的理解和掌握，还可以进行与钻井井控现场相似的模拟操作，使学生身临其境，提升他们的钻井井控工艺的基本技能。

Description

一种钻井井控模拟教学实验装置

技术领域

本发明涉及井控模拟教学领域，具体来说，涉及一种钻井井控模拟教学实验装置。

背景技术

钻井工程是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。按岩石破碎方式和所用工具类型，又可分为顿钻和旋转钻。在地质工作中，利用钻探设备向地下钻成的直径较小、深度较大的柱状圆孔，又称钻孔。钻井直径和深度大小，取决于钻井用途及矿产埋藏深度等。钻探石油、天然气以及地下水的钻井直径都较大。

钻井工程是石油工程的一门专业必修课，实践性要求较高，其特点是课程内容与现场生产联系紧密，理论与生产紧密相连。但目前缺乏相应的实验教学设备，国内外资料调研表明，虽然国内外井控模拟实验井和模拟装置形式多样，设计方案各不相同，但迄今为止没有能够实现配合课堂教育，提高动手能力和完成开放性实验的井控模拟实验装置。

因此，有必要研发一种小型、简单、形象、可操作性腔，且能够直观的表达出钻井的具体步骤的，能够培养学生动手能力、加深对理论知识理解的井控模拟教学实验装置。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种钻井井控模拟教学实验装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种钻井井控模拟教学实验装置，包括底座，所述底座上通过连接机构与盛放箱相连接，所述盛放箱内内固定设有数量若干液压缸，所述液压缸上固定设有盛放平台，所述盛放平台上放置有模拟箱，所述模拟箱上设有开口，所述开口处设有压覆板，所述压覆板上开设有井口，所述压覆板上固定设有数量为两个的连接片，所述连接片上位于所述盛放箱上固定设有支架，所述支架上固定设有数量为两个的第一螺母，所述第一螺母内螺纹贯穿设有螺杆，所述螺杆的一端固定设有把手，所述螺杆的另一端通过轴承固定设有抓手；

所述模拟箱包括数量为两个的半箱，所述半箱的两端均固定设有连接板，所述连接板之间通过若干第一螺栓和第二螺母匹配而固定连接，所述半箱的两端分别固定设有若干滚轮，所述半箱的两端位于所述滚轮之间固定设有工字钢，所述工字钢的高度等于所述模拟箱的深度，所述模拟箱内填充有模拟土层，所述模拟土层之间嵌有模拟石油层，所述模拟石油层包括若干密封性筒状结构，所述密封性筒状机构的两端固定设有连接管，所述半箱的两端开设有若干贯穿孔，所述所述连接管贯穿所述贯穿孔，所述密封性筒状机构的一端的所述连接管固定设有负压泵，所述密封性筒状机构的另一端的所述连接管在远离所述模拟箱的一端固定设有连接端头，所述连接端头上螺纹连接设有密封堵头。

可选的，所述连接机构包括固定环和环形槽，所述固定环固定在所述盛放箱的底部，所述底座上固定设有设有所述环形槽，所述固定环放置到所述环形槽内，且，所述固定环与所述环形槽滑动连接。

可选的，所述环形槽的内部固定设有若干滚轮，所述固定环与所述滚轮相接触。

可选的，所述盛放平台上开设有卡槽，所述卡槽与所述模拟箱的底部相匹配。

可选的，所述支架包括支撑板，所述支撑板固定在所述盛放箱上，所述支撑板通过活动轴连接有顶板，所述顶板上固定贯穿嵌设有所述第一螺母，所述顶板远离所述支撑板的一端一侧固定设有数量为两个的支撑腿，所述支撑腿呈L形，所述支撑腿通过第二螺栓固定在所述盛放箱上。

可选的，所述盛放箱远离所述支撑板的一端固定设有数量为两个的垫板，所述垫板上贯穿所述第二螺栓。

可选的，所述抓手包括连接块，所述连接块与所述轴承固定连接，所述连接块下固定设有连接柱和顶柱，所述顶柱的一侧开设有第一倾斜面，所述连接柱下固定设有橡胶连接块，所述橡胶连接块固定在固定指上，所述橡胶连接块下设有空腔，所述空腔内固定设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定在所述橡胶连接块和固定指上，所述固定指的一侧设有活动指，所述活动指的一侧设有限位挡板，所述固定指上开设有限位槽，所述活动指上开设有第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面相适配。

可选的，所述半箱的两端固定设有提手

可选的，所述盛放箱的两端固定开设有缺口，所述缺口的宽度等于两个半箱上的连接板外壁之间的距离。

根据本发明的另一方面，提供了一种钻井井控模拟教学实验方法。

包括以下步骤：

确定实验的目标，并清点到场人数；

将模拟箱组装同时放置到盛放箱内；

根据目标地质情况同等比例缩小向模拟箱内注入相同比例的模拟土层；

在上述注入模拟土层的目标土层中夹持第一压力传感器和模拟石油层，同时在模拟石油层内装载第二压力传感器；

在安装完毕后，启动液压缸，使得压覆板压覆模拟土层，令目标土层的压力达到需要以后停止；

在压覆板的井口处安装相等比例缩小的钻机，并将钻机与DS-20FS/W/P井控模拟器相连接；

在进行实验数据的输入进行钻孔期间，可随时调节液压缸和负压泵令第一压力传感和第二压力传感器的数值恒定；

在进行钻井部分讲解完成后，可通过拆卸压覆板和工字钢，并令抓手之间夹持透明分隔板，透明分隔板的一端开刀，令透明分隔板经过滚轮，可将模拟箱分隔开，将半箱拔出，方便进一步的讲解。

本发明的有益效果为：通过模拟箱能够最大化的将真实的土质土层进行模拟出来，通过液压缸和负压泵，能够对真实的的压强进行控制，进而能够有效的对现有的真实情况进行模拟，在通过现有的井控模拟器对其进行模拟钻井，从而能够有效的模拟真实的开挖情况，本发明设备简单，易组装，学生在实验过程中能够亲自动手完成，可以激发学习的积极性，加深学生对钻井井控理论知识的理解和掌握，还可以进行与钻井井控现场相似的模拟操作，使学生身临其境，提升他们的钻井井控工艺的基本技能，达到工程实践的目的，避免了因现场操作带来的危险等不安定因素，为学生毕业后尽快适应钻井井控现场打下坚实基础，并且，相较于摄像展示，本申请可将土质进行剖切，令模拟箱分隔成两个半箱，从而更加直观的展示在学生的面前，更加方便理解和学习。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置中模拟箱的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置中环形槽的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置中固定环的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置中支架的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验装置中抓手的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验方法的流程图之一；

图9是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验方法的流程图之二；

图10是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验方法中透明分隔板的结构示意图之一；

图11是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验方法中透明分隔板的结构示意图之二；

图12是根据本发明实施例的一种钻井井控模拟教学实验方法中透明分隔板的的剖视图。

附图标记；

1、底座；2、连接机构；3、盛放箱；4、液压缸；5、盛放平台；6、模拟箱；7、压覆板；8、井口；9、连接片；10、支架；11、第一螺母；12、螺杆；13、把手；14、轴承；15、抓手；16、半箱；17、连接板；18、第一螺栓；19、第二螺母；20、滚轮；21、工字钢；22、模拟土层；23、模拟石油层；24、连接管；25、贯穿孔；26、负压泵；27、连接端头；28、密封堵头；29、固定环；30、环形槽；31、支撑板；32、顶板；33、支撑腿；34、垫板；35、连接块；36、连接柱；37、顶柱；38、固定指；39、弹簧；40、活动指；41、限位挡板；42、限位槽；43、缺口；44、透明分隔板；45、橡胶连接块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，根据本发明的实施例，提供了一种钻井井控模拟教学实验装置，包括底座1，所述底座1上通过连接机构2与盛放箱3相连接，所述盛放箱3内内固定设有数量若干液压缸4，所述液压缸4上固定设有盛放平台5，所述盛放平台5上放置有模拟箱6，所述模拟箱6上设有开口，所述开口处设有压覆板7，所述压覆板7上开设有井口8，所述压覆板7上固定设有数量为两个的连接片9，所述连接片9上位于所述盛放箱3上固定设有支架10，所述支架10上固定设有数量为两个的第一螺母11，所述第一螺母11内螺纹贯穿设有螺杆12，所述螺杆12的一端固定设有把手13，所述螺杆12的另一端通过轴承14固定设有抓手15；

所述模拟箱6包括数量为两个的半箱16，所述半箱16的两端均固定设有连接板17，所述连接板17之间通过若干第一螺栓18和第二螺母19匹配而固定连接，所述半箱16的两端分别固定设有若干滚轮20，所述半箱16的两端位于所述滚轮20之间固定设有工字钢21，所述工字钢21的高度等于所述模拟箱6的深度，所述模拟箱6内填充有模拟土层22，所述模拟土层22之间嵌有模拟石油层23，所述模拟石油层23包括若干密封性筒状结构，所述密封性筒状机构的两端固定设有连接管24，所述半箱16的两端开设有若干贯穿孔25，所述连接管24贯穿所述贯穿孔25，所述密封性筒状机构的一端的所述连接管24固定设有负压泵26，所述密封性筒状机构的另一端的所述连接管24在远离所述模拟箱6的一端固定设有连接端头27，所述连接端头27上螺纹连接设有密封堵头28。

另外，在一个实施例中，对于连接机构2来说，所述连接机构2包括固定环29和环形槽30，所述固定环29固定在所述盛放箱3的底部，所述底座1上固定设有所述环形槽30，所述固定环29放置到所述环形槽30内，且，所述固定环29与所述环形槽30滑动连接。

另外，在一个实施例中，对于环形槽30来说，所述环形槽30的内部固定设有若干滚轮，所述固定环29与所述滚轮相接触。

另外，在一个实施例中，对于盛放平台5来说，所述盛放平台5上开设有卡槽，所述卡槽与所述模拟箱6的底部相匹配。

另外，在一个实施例中，对于支架10来说，所述支架10包括支撑板31，所述支撑板31固定在所述盛放箱3上，所述支撑板31通过活动轴连接有顶板32，所述顶板32上固定贯穿嵌设有所述第一螺母11，所述顶板32远离所述支撑板31的一端一侧固定设有数量为两个的支撑腿33，所述支撑腿33呈L形，所述支撑腿33通过第二螺栓固定在所述盛放箱3上。

另外，在一个实施例中，对于盛放箱3来说，所述盛放箱3远离所述支撑板31的一端固定设有数量为两个的垫板34，所述垫板34上贯穿所述第二螺栓。

另外，在一个实施例中，对于抓手15来说，所述抓手15包括连接块35，所述连接块35与所述轴承14固定连接，所述连接块35下固定设有连接柱36和顶柱37，所述顶柱37的一侧开设有第一倾斜面，所述连接柱36下固定设有橡胶连接块45，所述橡胶连接块45固定在固定指38上，所述橡胶连接块45下设有空腔，所述空腔内固定设有弹簧39，所述弹簧39的两端分别固定在所述橡胶连接块45和固定指38上，所述固定指38的一侧设有活动指40，所述活动指40的一侧设有限位挡板41，所述固定指38上开设有限位槽42，所述活动指40上开设有第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面相适配。

另外，在一个实施例中，对于半箱16来说，所述半箱16的两端固定设有提手。

另外，在一个实施例中，对于盛放箱3来说，所述盛放箱3的两端固定开设有缺口43，所述缺口43的宽度等于两个半箱16上的连接板17外壁之间的距离。

如图8-9所示，根据本发明的实施例，还提供了一种钻井井控模拟教学实验方法。

包括以下步骤：

步骤S101，确定实验的目标，并清点到场人数；

步骤S103，将模拟箱组装同时放置到盛放箱内；

步骤S105，根据目标地质情况同等比例缩小向模拟箱内注入相同比例的模拟土层；

步骤S107，在上述注入模拟土层的目标土层中夹持第一压力传感器和模拟石油层，同时在模拟石油层内装载第二压力传感器；

步骤S109，在安装完毕后，启动液压缸，使得压覆板压覆模拟土层，令目标土层的压力达到需要以后停止；

步骤S111，在压覆板的井口处安装相等比例缩小的钻机，并将钻机与井控模拟器相连接；

步骤S113，在进行实验数据的输入进行钻孔期间，可随时调节液压缸和负压泵令第一压力传感和第二压力传感器的数值恒定；

步骤S115，在进行钻井部分讲解完成后，可通过拆卸压覆板和工字钢，并令抓手之间夹持透明分隔板，透明分隔板的一端开刀，令透明分隔板经过滚轮，可将模拟箱分隔开，将半箱拔出，方便进一步的讲解。

如图10-12所示，该方法在具体应用的时候，对于透明分隔板44来说，当需要携带钻头进行讲解的时候，透明分隔板44的数量为两块，且，两块透明分隔板44之间的距离大于钻头的最大直径，当不需要携带钻头进行讲解的时候，上述透明分隔板44的数量为一块，同时，在具体使用的时候，透明分隔板44由两个透明隔板相贴合而构成，透明隔板上开设有手指插口，方便打开，透明分隔板44方便对两个半箱16内部的模拟土层22进行隔离，进一步的方便进行讲解。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过模拟箱6能够最大化的将真实的土质土层进行模拟出来，通过液压缸4和负压泵26，能够对真实的的压强进行控制，进而能够有效的对现有的真实情况进行模拟，在通过现有的井控模拟器(DS-20FS/W/P型模拟器)对其进行模拟钻井，从而能够有效的模拟真实的开挖情况，本发明设备简单，易组装，学生在实验过程中能够亲自动手完成，可以激发学习的积极性，加深学生对钻井井控理论知识的理解和掌握，还可以进行与钻井井控现场相似的模拟操作，使学生身临其境，提升他们的钻井井控工艺的基本技能，达到工程实践的目的，避免了因现场操作带来的危险等不安定因素，为学生毕业后尽快适应钻井井控现场打下坚实基础，并且，相较于摄像展示，本申请可将土质进行剖切，令模拟箱6分隔成两个半箱16，从而更加直观的展示在学生的面前，更加方便理解和学习。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上通过连接机构(2)与盛放箱(3)相连接，所述盛放箱(3)内固定设有数量若干液压缸(4)。

2.根据权利要求1所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述液压缸(4)上固定设有盛放平台(5)，所述盛放平台(5)上放置有模拟箱(6)，所述模拟箱(6)上设有开口，所述开口处设有压覆板(7)，所述压覆板(7)上开设有井口(8)，所述压覆板(7)上固定设有数量为两个的连接片(9)，所述连接片(9)上位于所述盛放箱(3)上固定设有支架(10)，所述支架(10)上固定设有数量为两个的第一螺母(11)，所述第一螺母(11)内螺纹贯穿设有螺杆(12)，所述螺杆(12)的一端固定设有把手(13)，所述螺杆(12)的另一端通过轴承(14)固定设有抓手(15)；

所述模拟箱(6)包括数量为两个的半箱(16)，所述半箱(16)的两端均固定设有连接板(17)，所述连接板(17)之间通过若干第一螺栓(18)和第二螺母(19)匹配而固定连接，所述半箱(16)的两端分别固定设有若干滚轮(20)，所述半箱(16)的两端位于所述滚轮(20)之间固定设有工字钢(21)，所述工字钢(21)的高度等于所述模拟箱(6)的深度，所述模拟箱(6)内填充有模拟土层(22)，所述模拟土层(22)之间嵌有模拟石油层(23)，所述模拟石油层(23)包括若干密封性筒状结构，所述密封性筒状结构的两端固定设有连接管(24)，所述半箱(16)的两端开设有若干贯穿孔(25)，所述连接管(24)贯穿所述贯穿孔(25)，所述密封性筒状机构的一端的所述连接管(24)固定设有负压泵(26)，所述密封性筒状机构的另一端的所述连接管(24)在远离所述模拟箱(6)的一端固定设有连接端头(27)，所述连接端头(27)上螺纹连接设有密封堵头(28)；所述连接机构(2)包括固定环(29)和环形槽(30)，所述固定环(29)固定在所述盛放箱(3)的底部，所述底座(1)上固定设有所述环形槽(30)，所述固定环(29)放置到所述环形槽(30)内，且，所述固定环(29)与所述环形槽(30)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述环形槽(30)的内部固定设有若干滚轮，所述固定环(29)与所述滚轮相接触。

4.根据权利要求3所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述盛放平台(5)上开设有卡槽，所述卡槽与所述模拟箱(6)的底部相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述支架(10)包括支撑板(31)，所述支撑板(31)固定在所述盛放箱(3)上，所述支撑板(31)通过活动轴连接有顶板(32)，所述顶板(32)上固定贯穿嵌设有所述第一螺母(11)，所述顶板(32)远离所述支撑板(31)一端的一侧固定设有数量为两个的支撑腿(33)，所述支撑腿(33)呈L形，所述支撑腿(33)通过第二螺栓固定在所述盛放箱(3)上。

6.根据权利要求5所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述盛放箱(3)远离所述支撑板(31)的一端固定设有数量为两个的垫板(34)，所述垫板(34)上贯穿所述第二螺栓。

7.根据权利要求6所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述抓手(15)包括连接块(35)，所述连接块(35)与所述轴承(14)固定连接，所述连接块(35)下固定设有连接柱(36)和顶柱(37)，所述顶柱(37)的一侧开设有第一倾斜面，所述连接柱(36)下固定设有橡胶连接块(45)，所述橡胶连接块(45)固定在固定指(38)上，所述橡胶连接块(45)下设有空腔，所述空腔内固定设有弹簧(39)，所述弹簧(39)的两端分别固定在所述橡胶连接块(45)和固定指(38)上，所述固定指(38)的一侧设有活动指(40)，所述活动指(40)的一侧设有限位挡板(41)，所述固定指(38)上开设有限位槽(42)，所述活动指(40)上开设有第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面相适配。

8.根据权利要求7所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述半箱(16)的两端固定设有提手。

9.根据权利要求8所述的一种钻井井控模拟教学实验装置，其特征在于，所述盛放箱(3)的两端固定开设有缺口(43)，所述缺口(43)的宽度等于两个半箱(16)上的连接板(17)外壁之间的距离。

10.一种钻井井控模拟教学实验方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任意一项所述的钻井井控模拟教学实验装置，包括以下步骤：

确定实验的目标，并清点到场人数；

将模拟箱组装同时放置到盛放箱内；

根据目标地质情况同等比例缩小向模拟箱内注入相同比例的模拟土层；

在注入上述模拟土层的目标土层中夹持第一压力传感器和模拟石油层，同时在模拟石油层内装载第二压力传感器；

在安装完毕后，启动液压缸，使得压覆板压覆模拟土层，令目标土层的压力达到需要以后停止；

在压覆板的井口处安装相等比例缩小的钻机，并将钻机与井控模拟器相连接；

在进行实验数据的输入进行钻孔期间，可随时调节液压缸和负压泵令第一压力传感和第二压力传感器的数值恒定；

在进行钻井部分讲解完成后，可通过拆卸压覆板和工字钢，并令抓手之间夹持透明分隔板，透明分隔板的一端开刀，令透明分隔板经过滚轮，可将模拟箱分隔开，将半箱拔出，方便进一步的讲解。

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