CN112729796B - Pdc钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法，其涉及石油钻井技术领域，系统包括：自上而下依次连接的提升装置、顶部驱动装置和模拟钻具机构；模拟钻具机构包括：钻杆，套设在钻杆侧壁上的模拟旋转导向机构和PDC钻头；泥浆收集容器,泥浆收集容器内部用于放置实验岩样，PDC钻头能够在实验岩样上下钻；与泥浆收集容器相连通的泥浆罐；泥浆泵，其用于将泥浆罐中的收集存储的泥浆泵入至钻杆中；调控单元。本申请能够测试配合旋转导向机构使用的PDC钻头的造斜能力，研究出配合旋转导向机构使用的PDC钻头不同结构参数对钻头造斜率影响规律，从而为旋转导向机构与PDC钻头充分配合使用提供理论基础和技术支持。

Description

PDC钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法。

背景技术

能源是国民经济发展的支柱，能源是否能够自给自足将越来越严重地影响我国经济的发展。随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、大位移井和长距离水平井等复杂结构井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。

旋转导向钻井技术是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的闭环自动钻井技术，是现代定向井钻井的核心技术。旋转导向钻井技术具有井眼轨迹光滑、狗腿度小、水平位移大等优点，对保证井眼轨迹质量、提高钻井机械钻速与钻井时效、满足复杂结构井和特殊工艺井的钻井需求都具有重要意义，因此，旋转导向钻井技术在复杂结构井钻井中具有广泛的应用。

而PDC钻头在钻进时由于具有钻速快、效率高、寿命长等优点，在复杂结构井钻井中应用广泛。在复杂结构井钻井过程中，将旋转导向工具与PDC钻头组合使用已不是个例。但是，如果PDC钻头结构参数设计不合理,容易出现钻头磨损加剧、造斜率不足、井下震动大、稳斜效果不好的问题，无法提高甚至会降低机械钻速和定向能力，影响旋转导向钻井技术的使用，使得钻井成本增加。所以研究不同结构参数对旋转导向用PDC钻头造斜率的影响规律是目前旋转导向工具和PDC钻头配合使用下亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法，其能够测试配合旋转导向机构使用的PDC钻头的造斜能力，研究出配合旋转导向机构使用的PDC钻头不同结构参数对钻头造斜率影响规律，从而为旋转导向机构与PDC钻头充分配合使用提供理论基础和技术支持。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统，所述PDC钻头造斜率影响因素测试系统包括：

自上而下依次连接的提升装置、顶部驱动装置和模拟钻具机构，所述提升装置用于驱动顶部驱动装置和模拟钻具机构上升或下降，所述顶部驱动装置用于驱动所述模拟钻具机构转动；

所述模拟钻具机构包括：钻杆，套设在所述钻杆侧壁上的模拟旋转导向机构和安装在所述钻杆下端的PDC钻头，所述模拟旋转导向机构包括：筒体，所述筒体的外侧壁上开设容纳部；设置在所述筒体和所述钻杆之间的轴承；部分安装在所述容纳部中的推靠块，所述推靠块最外侧到所述钻杆中心的距离大于所述PDC钻头的半径；安装在所述筒体的外侧壁上用于对所述推靠块进行限位的垫块；设置在所述推靠块与所述筒体之间的载荷传感器，所述载荷传感器用于获取所述推靠块在径向方向向内的压力；

泥浆收集容器,所述泥浆收集容器内部用于放置实验岩样，所述PDC钻头能够在所述实验岩样上下钻；与所述泥浆收集容器相连通的泥浆罐；泥浆泵，其用于将所述泥浆罐中的收集存储的泥浆泵入至钻杆中；

调控单元，其分别与所述提升装置、顶部驱动装置和所述载荷传感器相电性连接。

优选地，所述钻杆的外侧壁上开设有外螺纹，所述模拟旋转导向机构还包括：拧设在所述钻杆的外螺纹上的锁紧螺母，所述锁紧螺母抵住最下方所述轴承的内圈；

通过改变所述锁紧螺母在钻杆上的上紧位置，从而改变钻进过程中所述模拟旋转导向机构的推靠位置。

优选地，所述PDC钻头造斜率影响因素测试系统还包括：具有沿竖直方向延伸趋势的滑动轨道，所述顶部驱动装置具有沿水平方向延伸的滑动臂，所述滑动臂能与所述滑动轨道相配合，以使所述顶部驱动装置能在竖直方向上移动。

优选地，所述垫块与所述筒体之间通过螺钉实现可拆卸连接；所述垫块上具有沿径向方向的开孔，所述推靠块的部分插入所述开孔并插入所述载荷传感器，所述推靠块上具有台阶部，所述台阶部抵住所述载荷传感器。

优选地，所述推靠块位于外侧的一端在竖直方向上具有相对的第一导向部和第二导向部，以使所述推靠块在钻井上能够顺利的上下移动。

优选地，通过改变顶部驱动装置的配重的方式，从而改变所述顶部驱动装置传递给所述钻杆的压力。

优选地，所述模拟旋转导向机构位于靠近所述PDC钻头的钻杆处。

优选地，通过改变所述推靠块的尺寸，从而改变所述模拟旋转导向机构的造斜率。

一种PDC钻头造斜率影响因素测试方法，所述PDC钻头造斜率影响因素测试方法采用如上述任一所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，所述PDC钻头造斜率影响因素测试方法包括：

在所述泥浆收集容器中放置实验岩样，在钻杆上安装测试所需规格的模拟旋转导向机构和PDC钻头；

启动泥浆泵，循环泥浆，调整泥浆排量至测试所需排量；

启动顶部驱动装置，调整所述顶部驱动装置至测试所需的钻压、转速参数，所述顶部驱动装置带动所述钻杆及所述PDC钻头旋转，向下钻进所述实验岩样形成井筒；

随着钻进的进行，所述模拟旋转导向机构随所述钻杆进入井筒，所述推靠块外侧推靠所述井筒的井壁，以使所述钻杆和所述PDC钻头发生倾斜，所述载荷传感器出现推靠力反馈；

待所述钻杆和所述PDC钻头发生倾斜后继续钻进至满足要求后，关闭所述顶部驱动装置，停止钻井液循环，起出所述模拟钻具机构；

采集钻进时的钻进切削数据，所述钻进切削数据包括进尺、钻进轨迹、载荷传感器实时测得的推靠力；

根据所述钻进切削数据、所述PDC钻头的规格、所述模拟旋转导向机构的规格、模拟旋转导向机构与所述PDC钻头之间的距离、所述实验岩样的属性、所述钻压分析对造斜率的影响程度。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中提供的PDC钻头造斜率影响因素测试系统可以真实模拟旋转导向机构与PDC钻头组合钻进过程，测试配合旋转导向机构使用的PDC钻头不同的规格对钻头造斜率影响具有较高的真实性和可信度。本申请可以测试配合模拟旋转导向机构使用的PDC钻头的造斜能力，研究配合旋转导向机构使用的PDC钻头不同的规格对钻头造斜率影响的规律；还能研究不同钻压、岩性等不同工作条件下PDC钻头的造斜能力，以及不同造斜率、旋转导向机构的推靠位置等不同模拟旋转导向机构的工作特性条件下的PDC钻头的造斜能力。本申请能够推动复杂结构井钻井技术的发展进步，为复杂结构井钻井过程中提高旋转导向机构与PDC 钻头组合使用的适配性提供理论基础和技术支持。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明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，本发明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。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中PDC钻头造斜率影响因素测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中旋转导向模拟机构的剖面图；

图3为本发明实施例中旋转导向模拟机构的立体示意图；

图4为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的筒体的立体示意图；

图5为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的垫块的立体示意图；

图6为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的推靠块的立体示意图；

图7为本发明实施例中PDC钻头造斜率影响因素测试方法的步骤流程图。

以上附图的附图标记：

1、实验架；2、提升装置；3、顶部驱动装置；31、滑动臂；4、滑动轨道； 5、钻杆；6、模拟旋转导向机构；61、挡圈；62、筒体；621、容纳部；622、导槽；63、轴承；64、锁紧螺母；65、垫块；66、推靠块；661、杆体；662、第一导向部；663、第二导向部；67、垫片；68、载荷传感器；69、限位件；7、 PDC钻头；8、实验岩样；9、泥浆收集容器；10、调控单元；11、泥浆罐；12、泥浆泵。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。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。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。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。

为了能够测试配合旋转导向机构使用的PDC钻头的造斜能力，研究出配合旋转导向机构使用的PDC钻头不同结构参数对钻头造斜率影响规律，从而为旋转导向机构与PDC钻头充分配合使用提供理论基础和技术支持，在本申请中提出了一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统，图1为本发明实施例中PDC钻头造斜率影响因素测试系统的结构示意图，图2为本发明实施例中旋转导向模拟机构的剖面图，图3为本发明实施例中旋转导向模拟机构的立体示意图，如图1至图3所示， PDC钻头造斜率影响因素测试系统可以包括：自上而下依次连接的提升装置2、顶部驱动装置3和模拟钻具机构，提升装置2用于驱动顶部驱动装置3和模拟钻具机构上升或下降，顶部驱动装置3用于驱动模拟钻具机构转动；模拟钻具机构包括：钻杆5，套设在钻杆5侧壁上的模拟旋转导向机构6和安装在钻杆5下端的PDC 钻头7，模拟旋转导向机构6包括：筒体62，筒体62的外侧壁上开设容纳部621；设置在筒体62和钻杆5之间的轴承63；部分安装在容纳部621中的推靠块66，推靠块66最外侧到钻杆5中心的距离大于PDC钻头7的半径；安装在筒体62的外侧壁上用于对推靠块66进行限位的垫块65；设置在推靠块66与筒体62之间的载荷传感器68，载荷传感器68用于获取推靠块66在径向方向向内的压力；泥浆收集容器9,泥浆收集容器9内部用于放置实验岩样8，PDC钻头7能够在实验岩样8上下钻；与泥浆收集容器9相连通的泥浆罐11；泥浆泵12，其用于将泥浆罐11中的收集存储的泥浆泵入至钻杆5中；调控单元10，其分别与提升装置2、顶部驱动装置3和载荷传感器68相电性连接。

本申请中提供的PDC钻头造斜率影响因素测试系统可以真实模拟旋转导向机构与PDC钻头组合钻进过程，测试配合模拟旋转导向机构6使用的PDC钻头7不同的规格对钻头造斜率影响具有较高的真实性和可信度。本申请可以测试配合模拟旋转导向机构6使用的PDC钻头7的造斜能力，研究配合旋转导向机构使用的 PDC钻头不同的规格对钻头造斜率影响的规律；还能研究不同钻压、岩性等不同工作条件下PDC钻头7的造斜能力，以及不同造斜率、旋转导向机构6的推靠位置等不同模拟旋转导向机构的工作特性条件下的PDC钻头7的造斜能力。本申请能够推动复杂结构井钻井技术的发展进步，为复杂结构井钻井过程中提高转导向机构与PDC钻头组合使用的适配性提供理论基础和技术支持。

为了能够更好的了解本申请中的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，PDC钻头造斜率影响因素测试系统可以包括：提升装置2、顶部驱动装置3、模拟钻具机构、泥浆收集容器9、泥浆罐11、泥浆泵12以及调控单元10。

如图1所示，提升装置2、顶部驱动装置3和模拟钻具机构自上而下依次连接，提升装置2用于驱动顶部驱动装置3和模拟钻具机构上升或下降，顶部驱动装置3 用于驱动模拟钻具机构转动。

作为可行的，为了支撑起提升装置2和顶部驱动装置3等，如图1所示，PDC 钻头造斜率影响因素测试系统可以包括：固定在地表上的实验架1，实验架1的顶端安装有提升装置2，提升装置2包括滑动滚轮、绕设在滑动滚轮上的吊绳以及可以对吊绳进行伸缩的能够转动的滚筒等，提升装置2也可以为绞车。实验架 1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钻具长度而适应性设计，本申请在此也不作具体的限定。该实验架1的中心可以正对实验岩样8。

如图1所示，PDC钻头造斜率影响因素测试系统可以包括：具有沿竖直方向延伸趋势的滑动轨道4。为了提高滑动轨道4的稳定性，滑动轨道4为两个，两个滑动轨道4相对设置，两个滑动轨道4底部的间距较大，上部的间距逐渐缩小。滑动轨道4的上端可以固定连接在实验架1上。顶部驱动装置3具有沿水平方向延伸的滑动臂31，滑动臂31能与滑动轨道4相配合，以使顶部驱动装置3能在竖直方向上移动。通过滑动轨道4的限位作用，可以实现顶部驱动装置3在垂直纵向的移动，但是水平方向和周向上静止，避免出现晃动而对模拟钻具机构在实验岩样8上下钻造成影响。作为可行的，该顶部驱动装置3可以由实验架1顶端固定的提升装置2进行悬挂。

在可行的实施方式中，可以通过改变顶部驱动装置3的配重的方式，即对顶部驱动装置3进行额外的加重，从而改变顶部驱动装置3传递给钻杆5的压力。

如图1所示，模拟钻具机构连接在顶部驱动装置3的下端。模拟钻具机构可以包括：钻杆5，套设在钻杆5侧壁上的模拟旋转导向机构6和安装在钻杆5下端的PDC钻头7。

如图1所示，泥浆收集容器9放置在模拟钻具机构的下方。泥浆收集容器9 内部用于放置实验岩样8，PDC钻头7能够在实验岩样8上下钻。在模拟钻具机构在实验岩样8上下钻时，泥浆收集容器9用于收集从实验岩样8上溢流出的泥浆。泥浆罐11则与泥浆收集容器9相连通，泥浆收集容器9中汇聚的泥浆均输入至泥浆罐11进行存储。泥浆循环所需的循环压力均由泥浆泵12提供。泥浆泵12的进口与泥浆罐11相连通，泥浆泵12的出口与钻杆5相连通。泥浆泵12用于将泥浆罐 11中的收集存储的泥浆泵入至模拟钻具机构的钻杆5中。

如图1所示，模拟旋转导向机构6位于靠近PDC钻头7的钻杆5处，如此，随着钻进的进行，在模拟钻具机构中的钻杆5进入井筒时，模拟旋转导向机构 6能够使得钻杆5和PDC钻头7发生倾斜，从而形成造斜率。模拟旋转导向机构6与PDC钻头7之间的距离可以进行改变，从而改变钻进时形成的造斜率。

如图2和图3所示，模拟旋转导向机构6包括：筒体62、轴承63、推靠块 66、垫块65和载荷传感器68。图4为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的筒体的立体示意图，如图4所示，筒体62的外侧壁上开设有内凹的容纳部621，容纳部621的横截面大体呈圆形，该容纳部621用于容纳载荷传感器68以及部分推靠块66。轴承63设置在筒体62和钻杆5之间。轴承63可以为两个，一个设置在筒体62的上端和钻杆5之间，另一个设置在筒体62的下端和钻杆5之间，筒体62的上端与钻杆5之间形成有第一环形空间，一个轴承63设置在其中。筒体62的下端与钻杆5之间形成有第二环形空间，另一个轴承63设置在其中。通过上述方式，可以使得模拟旋转导向机构6与钻杆5相对进行转动时，整个模拟旋转导向机构6的上下端更为稳定。

如图2和图3所示，为了防止轴承63脱离第一环形空间和第二环形空间，形成第一环形空间筒体62的内侧壁上具有第一环形凹槽，当轴承63设置在第一环形空间后，可以在第一环形凹槽中安装入挡圈61，其下端抵住轴承63的外圈。同理，形成第二环形空间筒体62的内侧壁上具有第二环形凹槽，当轴承 63设置在第二环形空间后，可以在第二环形凹槽中安装入挡圈61，其上端抵住轴承63的外圈。图6为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的推靠块的立体示意图，如图6所示，推靠块66可以包括杆体661部分和露出部分。推靠块66 的杆体661部分安装在容纳部621中，推靠块66的露出部分的最外侧到钻杆5 中心的距离大于PDC钻头7的半径，从而在模拟旋转导向机构6随钻杆5进入井筒后，推靠块66外侧能够推靠井筒的井壁，以使钻杆5和PDC钻头7发生倾斜。通过改变推靠块66的尺寸，可以改变模拟旋转导向机构6的造斜率。

为了对推靠块66在竖直方向上进行限位，图5为本发明实施例中旋转导向模拟机构中的垫块的立体示意图，如图2、图3和图5所示，垫块65安装在筒体62的外侧壁上，垫块65用于对推靠块66进行限位。具体而言，垫块65与筒体62之间通过螺钉实现可拆卸连接，垫块65同时用于对筒体62的外侧壁上的容纳部621进行遮挡和密封。载荷传感器68设置在推靠块66与筒体62之间，并位于筒体62的容纳部621中。垫块65上具有沿径向方向的开孔，推靠块66 的杆体661部分插入开孔，并插入载荷传感器68。载荷传感器68用于获取推靠块66在径向方向向内的压力，因此，推靠块66的杆体661部分上具有台阶部，台阶部抵住载荷传感器68。作为可行的，台阶部与载荷传感器68可以设置一垫片67。为了防止推靠块66向外滑动掉出，在推靠块66的杆体661上可以固定有一限位件69，其可以为一螺母，限位件69位于垫片67的内侧，由于垫片67的尺寸大于垫块65上的开孔，因此，限位件69可以抵住垫片67、垫片67抵住垫块65，从而有效阻止了止推靠块66向外滑动掉出。

推靠块66位于外侧的一端即露出部分在竖直方向上具有相对的第一导向部662和第二导向部663，第一导向部662和第二导向部663均具有倾斜面，以使推靠块66在钻井上能够顺利的上下移动。

作为可行的，如图2和图3所示，在筒体62的容纳部621处可以开设有一导槽622，该导槽622连通容纳部621和筒体62的外侧壁，该导槽622用于排设连接载荷传感器68的导线。

如图1所示，调控单元10分别与提升装置2、顶部驱动装置3和载荷传感器68相电性连接，用于控制提升装置2、顶部驱动装置3、以及收集载荷传感器68的数据。调控单元10可以通过记录载荷传感器68监测数据确定钻进过程中模拟旋转导向机构6的推靠力数据。

作为优选地，为了能够方便调节模拟旋转导向机构6与PDC钻头7之间的距离，如图2所示，钻杆5的外侧壁上开设有外螺纹，模拟旋转导向机构6可以包括：拧设在钻杆5的外螺纹上的锁紧螺母64，锁紧螺母64抵住最下方轴承63的内圈。通过改变锁紧螺母64在钻杆5上的上紧位置，从而改变钻进过程中模拟旋转导向机构6的推靠位置。

基于上述PDC钻头造斜率影响因素测试系统，本申请还提出了一种PDC钻头造斜率影响因素测试方法，图7为本发明实施例中PDC钻头造斜率影响因素测试方法的步骤流程图，如图7所示，该方法可以包括如下步骤：

S101：在泥浆收集容器9中放置实验岩样8，在钻杆5上安装测试所需规格的模拟旋转导向机构6和PDC钻头7。

在正式进行测试前，可以先进行如下准备工作：

装配PDC钻头造斜率影响因素测试系统。连接钻杆5与顶部驱动装置3，放置实验岩样8于泥浆收集容器9内，顶部驱动装置3通过两个滑动臂31安装于滑动轨道4上，顶部驱动装置3由提升装置2悬挂。具体而言，实验架1固定在地表，中心正对泥浆收集容器9和实验岩样8；钻杆5与顶部驱动装置3 通过螺纹连接，顶部驱动装置3通过两个滑动臂31安装在滑动轨道4内，可以实现顶部驱动装置3的垂直纵向移动，水平周向静止；顶部驱动装置3由实验架1顶端固定的提升装置2悬挂，提升装置2通过数据线连接调控单元10，可通过调控单元10进行升降控制。

分别将提升装置2、顶部驱动装置3使用数据线连接至调控单元10，进行调试，确保信号传输正常。

使用地面管汇连接泥浆泵12、泥浆罐11、钻杆5、泥浆收集容器9形成整个回路。

检查各装置连接顺序、各个接口位置密封性是否良好，检查调控单元10的运行情况，确保正常。

在钻杆5上安装测试所需规格的模拟旋转导向机构6和PDC钻头7，启动调控单元10载荷传感器68监测程序，检查调控单元10中载荷传感器68监测程序是否正常运行。

S102：启动泥浆泵12，循环泥浆，调整泥浆排量至测试所需排量。

启动泥浆泵12，循环泥浆，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，检查调控单元10是否正常运行。之后，调整泥浆排量至测试所需排量。

S103：启动顶部驱动装置3，调整顶部驱动装置3至测试所需的钻压、转速参数，顶部驱动装置3带动钻杆5及PDC钻头7旋转，向下钻进实验岩样8 形成井筒。

启动顶部驱动装置3，钻杆5及PDC钻头7转动，通过控制单元调整顶部驱动装置3至测试所需的钻压、转速参数。通过调控单元10控制提升装置2的升降，向下钻进实验岩样8形成井筒。

S104：随着钻进的进行，模拟旋转导向机构6随钻杆5进入井筒，推靠块 66外侧推靠井筒的井壁，以使钻杆5和PDC钻头7发生倾斜，载荷传感器68 出现推靠力反馈。

S105：待钻杆5和PDC钻头7发生倾斜后继续钻进至满足要求后，关闭顶部驱动装置3，停止钻井液循环，起出模拟钻具机构。

继续钻进一定时间后，待钻杆5和PDC钻头7发生倾斜后继续钻进至满足要求后，依次停止提升装置2升降，停止钻进，关闭顶部驱动装置3，停止旋转，关闭泥浆泵12，停止循环泥浆，起出模拟钻具机构。

S106：采集钻进时的钻进切削数据，钻进切削数据包括进尺、钻进轨迹、载荷传感器68实时测得的推靠力。

S107：根据钻进切削数据、PDC钻头7的规格、模拟旋转导向机构6的规格、模拟旋转导向机构6与PDC钻头7之间的距离、实验岩样8的属性、钻压分析对造斜率的影响程度。

S108：调整测试条件，重复上述实验步骤。其中，调整测试条件可以包括下述中的一种或多种组合：不同规格参数的PDC钻头7、不同规格的模拟旋转导向机构6、不同模拟旋转导向机构6的安装位置(即不同模拟旋转导向机构6 与PDC钻头7之间的距离)、不同的岩样(改变实验岩样8的属性)、不同的钻进压力，以确定不同条件下钻进切削数据，进而获得不同条件下配合模拟旋转导向机构6使用的PDC钻头7的造斜能力的规律。

本申请可以真实模拟旋转导向机构与PDC钻头组合钻进，具有较高的真实性和可信度。1、本发明可以模拟旋转导向机构特性完成PDC钻头造斜能力测试，研究PDC钻头7的不同结构参数如冠部形状、保径长度及切削齿角度等参数对配合旋转导向机构使用的PDC钻头7的造斜能力的规律，为配合旋转导向机构使用的PDC钻头7的结构优化设计提供依据，有利于提高钻头寿命、增加进尺、降低钻井成本。2、本发明能够完成不同钻压、岩样属性等不同工作条件，以及不同模拟旋转导向机构6的安装位置等不同模拟旋转导向机构工作特性条件下的PDC钻头造斜能力测试，为旋转导向机构结构优化及工作参数优化提供参考与借鉴，有利于提高机械钻速、减少钻井事故、降低钻井风险。

本发明能够真实的模拟旋转导向机构的工作特性，将为复杂结构井钻井时旋转导向技术与PDC钻头7充分配合使用提供理论基础和技术支持。

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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述PDC钻头造斜率影响因素测试系统包括：

自上而下依次连接的提升装置、顶部驱动装置和模拟钻具机构，所述提升装置用于驱动顶部驱动装置和模拟钻具机构上升或下降，所述顶部驱动装置用于驱动所述模拟钻具机构转动；

所述模拟钻具机构包括：钻杆，套设在所述钻杆侧壁上的模拟旋转导向机构和安装在所述钻杆下端的PDC钻头，所述模拟旋转导向机构包括：筒体，所述筒体的外侧壁上开设容纳部；设置在所述筒体和所述钻杆之间的轴承；部分安装在所述容纳部中的推靠块，所述推靠块最外侧到所述钻杆中心的距离大于所述PDC钻头的半径；安装在所述筒体的外侧壁上用于对所述推靠块进行限位的垫块；设置在所述推靠块与所述筒体之间的载荷传感器，所述载荷传感器用于获取所述推靠块在径向方向向内的压力；

泥浆收集容器,所述泥浆收集容器内部用于放置实验岩样，所述PDC钻头能够在所述实验岩样上下钻；与所述泥浆收集容器相连通的泥浆罐；泥浆泵，其用于将所述泥浆罐中的收集存储的泥浆泵入至钻杆中；

调控单元，其分别与所述提升装置、顶部驱动装置和所述载荷传感器相电性连接。

2.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述钻杆的外侧壁上开设有外螺纹，所述模拟旋转导向机构还包括：拧设在所述钻杆的外螺纹上的锁紧螺母，所述锁紧螺母抵住最下方所述轴承的内圈；

通过改变所述锁紧螺母在钻杆上的上紧位置，从而改变钻进过程中所述模拟旋转导向机构的推靠位置。

3.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述PDC钻头造斜率影响因素测试系统还包括：具有沿竖直方向延伸趋势的滑动轨道，所述顶部驱动装置具有沿水平方向延伸的滑动臂，所述滑动臂能与所述滑动轨道相配合，以使所述顶部驱动装置能在竖直方向上移动。

4.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述垫块与所述筒体之间通过螺钉实现可拆卸连接；所述垫块上具有沿径向方向的开孔，所述推靠块的部分插入所述开孔并插入所述载荷传感器，所述推靠块上具有台阶部，所述台阶部抵住所述载荷传感器。

5.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述推靠块位于外侧的一端在竖直方向上具有相对的第一导向部和第二导向部，以使所述推靠块在钻井上能够顺利的上下移动。

6.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，通过改变顶部驱动装置的配重的方式，从而改变所述顶部驱动装置传递给所述钻杆的压力。

7.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，所述模拟旋转导向机构位于靠近所述PDC钻头的钻杆处。

8.根据权利要求1所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，其特征在于，通过改变所述推靠块的尺寸，从而改变所述模拟旋转导向机构的造斜率。

9.一种PDC钻头造斜率影响因素测试方法，其特征在于，所述PDC钻头造斜率影响因素测试方法采用如权利要求1至8中任一所述的PDC钻头造斜率影响因素测试系统，所述PDC钻头造斜率影响因素测试方法包括：

在所述泥浆收集容器中放置实验岩样，在钻杆上安装测试所需规格的模拟旋转导向机构和PDC钻头；

启动泥浆泵，循环泥浆，调整泥浆排量至测试所需排量；

启动顶部驱动装置，调整所述顶部驱动装置至测试所需的钻压、转速参数，所述顶部驱动装置带动所述钻杆及所述PDC钻头旋转，向下钻进所述实验岩样形成井筒；

随着钻进的进行，所述模拟旋转导向机构随所述钻杆进入井筒，所述推靠块外侧推靠所述井筒的井壁，以使所述钻杆和所述PDC钻头发生倾斜，所述载荷传感器出现推靠力反馈；

待所述钻杆和所述PDC钻头发生倾斜后继续钻进至满足要求后，关闭所述顶部驱动装置，停止钻井液循环，起出所述模拟钻具机构；

采集钻进时的钻进切削数据，所述钻进切削数据包括进尺、钻进轨迹、载荷传感器实时测得的推靠力；

根据所述钻进切削数据、所述PDC钻头的规格、所述模拟旋转导向机构的规格、模拟旋转导向机构与所述PDC钻头之间的距离、所述实验岩样的属性、所述钻压分析对造斜率的影响程度。

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