CN115127593A - 页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法，模拟装置包括起升底座、第一驱动机构、起升支架、探管支架、磁源支架以及第二驱动机构，起升支架的一端铰接在所述起升底座的一端，所述第一驱动机构的连接端铰接在所述起升底座上，第一驱动机构的驱动端铰接在所述起升支架的底部并能够驱动所述起升支架相对起升底座向上摆动；起升支架上安装有第二驱动机构，第二驱动机构与磁源支架连接并驱动磁源支架沿起升支架运动；起升底座上安装有探管支架，所述探管支架上铰接有用于安装探管的铰接杆，所述铰接杆能够沿垂直于所述磁源支架的运动方向摆动。本发明的装置结构简单，便携，能够适用于小间距磁导向钻井外场模拟测试，十分方便。

Description

页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及页岩油原位开发技术领域，具体涉及页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法。

背景技术

中国油页岩资源量巨大，目前已评价的1000米以浅的油页岩资源达7199亿吨，折合成油页岩油为476亿吨，居世界领先地位。

在我国油页岩的开采方式大部分为传统地面干馏工艺，会产生超过90％的废气、废水和废渣，对环境的污染较为严重，近年来发达国家普遍利用地下原位开采技术，这种技术对环境造成的污染较少、耗水量较少、产物质量较好，亦能够开采较深层的油页岩。

页岩油原位开发是近年来提出的一项新的页岩油开发技术，该技术是通过直接给地下油页岩加温，使其在地下进行裂解，生成油气通过生产井采出，没有大量的油页岩废料堆积，副产物非常少，水资源的用量也非常少，目前国际上各大石油公司也加大投入研发、攻关该技术。

页岩油原位开发需要解决小间距多井簇钻井轨迹精确控制的难题，一般情况需要布置生产井、加热井、监测井等，井网密集需要对每口井的轨迹进行精确控制。

目前轨迹精确测控工具主要采用磁导向工具，目前国内尚未有成熟的在复杂磁环境下能够高精度测量的磁导向工具体系，因此亟需页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法，用于辅助页岩油原位开发小间距磁导向工具研发。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，包括起升底座、第一驱动机构、起升支架、探管支架、磁源支架以及第二驱动机构，所述起升支架的一端铰接在所述起升底座的一端，所述第一驱动机构的连接端铰接在所述起升底座上，所述第一驱动机构的驱动端铰接在所述起升支架的底部并能够驱动所述起升支架相对起升底座向上摆动；所述起升支架上安装有第二驱动机构，所述第二驱动机构与磁源支架连接并驱动磁源支架沿起升支架运动；所述起升底座上安装有探管支架，所述探管支架上铰接有用于安装探管的铰接杆，所述铰接杆能够沿垂直于所述磁源支架的运动方向摆动。

其中，本发明所述的“小间距”一般是指间距1m以内，例如间距80cm、60cm、40cm、30cm等。

本发明的有益效果是：本发明的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，利用起升底座为探管支架以及磁源支架提供结构支撑，并且第一驱动机构、第二驱动机构以及铰接杆为磁短节提供多方位自由度的运动，能够模拟磁短节与探管之间的多个方位的相对位置，以及磁短节与探管整体斜度，为页岩油原位开发小间距磁导向钻井工具的研发、测试及标定提供数据支持，本发明的装置结构简单、便携，能够适用于外场的模拟操作，十分方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第二驱动机构包括驱动电机、丝杠和滑块，所述起升底座上表面安装有滑轨，所述驱动电机固定在所述起升底座的上表面，所述驱动电机的驱动端与所述丝杠一端连接，所述丝杠另一端转动连接在所述起升底座上表面，所述滑块螺纹连接在所述丝杠上且与滑轨滑动连接；所述磁源支架固定在所述滑块上。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用丝杠和滑块配合，能够驱动稳定有效的驱动磁源支架沿起升支架运动。利用丝杠和滑块驱动磁源支架沿起升支架运动，可以实现磁短节自身的轴向运动，模拟正钻井的钻进行程。

进一步，所述磁源支架为L型结构，所述磁源支架的一侧壁固定在所述滑块上，所述磁源支架的另一侧壁用于装配磁短节。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用L型支架，方便磁短节装配在滑块上，也使磁短节能够悬置在磁源支架上，方便后续驱动磁短节自转。

进一步，所述探管支架为两个，两个探管支架之间设有用于安装探管的套管，所述套管与所述起升支架平行布置，所述套管两端分别与两个探管支架可拆卸连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用两个探管支架，方便为探管提供稳定有效的结构支撑。

进一步，所述探管支架为倒U型支架，所述倒U型支架跨设在所述磁源支架运动轨迹的两侧并与起升支架固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用倒U型支架，使探管支架跨设在磁源支架的运动轨迹两侧，有利于探管与磁短节位置的精确模拟。

进一步，所述铰接杆包括连接杆和固定杆，所述连接杆的一端铰接在所述探管支架顶部，所述连接杆上设有多个沿其长度方向间隔布置的固定杆，所述固定杆上设有用于安装探管的套管。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置连接杆和固定杆，方便对套管进行装配，也方便操作固定杆，使固定杆相对于磁源支架进行旋转。

进一步，所述固定杆呈U型结构，所述固定杆的中部固定在所述连接杆上，所述套管通过卡箍固定在所述连接杆一侧的固定杆上。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用U型结构的固定杆，便于对套管进行稳定装配。

进一步，所述起升支架与起升底座通过铰接轴进行铰接，所述起升底座上设有与所述铰接轴同轴布置的角度测量盘。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置角度测量盘，能够对起升支架相对于起升底座的旋转角度进行测量，便于后续数据支持。

进一步，所述磁源支架上设有驱动磁短节自转的驱动马达。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置驱动马达，可以实现磁短节的自身旋转，提供多自由度的数据支持。

一种页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法，采用所述的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试装置实现，包括以下步骤：

S1，将探管装配在探管支架上，将磁短节装配在磁源支架上，探管位于磁短节的上方；

S2，利用第一驱动机构驱动起升支架抬升第一预设角度；手动操作铰接杆，使铰接杆上的探管相对于磁短节偏转第二预设角度；然后利用第二驱动机构驱动磁短节沿起升支架按预设长度运动，根据所述第一预设角度、第二预设角度以及预设长度获得探管相对于磁短节之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离；

S3，在磁短节的运动过程中，利用探管上的磁通门传感器实时检测磁场值，并根据磁场值获得探管相对于磁短节之间的相对井斜、相对方位以及相对距离；

S4，将磁通门传感器检测的探管相对于磁短节之间的相对井斜、相对方位以及相对距离与探管相对于磁短节之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离进行对比，为指导页岩油原位开发小间距磁导向定位理论及工具开发提供数据支持。

本发明的有益效果是：本发明的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法，利用起升底座为探管支架以及磁源支架提供结构支撑，并且第一驱动机构、第二驱动机构以及铰接杆为磁短节提供多方位自由度的运动，能够模拟磁短节与探管之间的多个方位的相对位置，为页岩油原位开发小间距磁导向定位理论研发提供数据支持，可以较大幅度减少无效数据验证。

附图说明

图1为本发明页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置的立体结构示意图；

图2为本发明页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、起升底座；11、脚轮；2、第一驱动机构；3、起升支架；31、铰接轴；4、探管支架；41、连接杆；42、固定杆；5、磁源支架；6、第二驱动机构；61、驱动电机；62、丝杠；63、滑块；64、滑轨；7、磁短节；71、驱动马达；8、套管；9、角度测量盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，包括起升底座1、第一驱动机构2、起升支架3、探管支架4、磁源支架5以及第二驱动机构6，所述起升支架3的一端铰接在所述起升底座1的一端，所述第一驱动机构2的连接端铰接在所述起升底座1上，所述第一驱动机构2的驱动端铰接在所述起升支架3的底部并能够驱动所述起升支架3相对起升底座1向上摆动；所述起升支架3上安装有第二驱动机构6，所述第二驱动机构6与磁源支架5连接并驱动磁源支架5沿起升支架3运动；所述起升底座1上安装有探管支架4，所述探管支架4上铰接有用于安装探管的铰接杆，所述铰接杆能够沿垂直于所述磁源支架5的运动方向摆动。

具体的，本实施例的第一驱动机构2可以选用液压油缸，所述第二驱动机构6可以采用丝杠驱动机构。液压油缸是通过伺服驱动电机控制液压泵流速从而控制液压缸的压力，推动液压缸活塞往复运动来控制起升支架与起升底座的倾角，从而达到模拟试验井筒倾角的目的。

进一步的，如图1所示，本实施例的所述第二驱动机构6包括驱动电机61、丝杠62和滑块63，所述起升底座1上表面安装有滑轨64，所述驱动电机61固定在所述起升底座1的上表面，所述驱动电机61的驱动端与所述丝杠62一端连接，所述丝杠62另一端转动连接在所述起升底座1上表面，所述滑块63螺纹连接在所述丝杠62上且与滑轨64滑动连接；所述磁源支架5固定在所述滑块63上。采用丝杠和滑块配合，能够驱动稳定有效的驱动磁源支架沿起升支架运动。利用丝杠和滑块驱动磁源支架沿起升支架运动，可以实现磁短节自身的轴向运动，模拟正钻井的钻进行程。

如图1所示，本实施例的一个具体方案为，所述磁源支架5为L型结构，所述磁源支架5的一侧壁固定在所述滑块63上，所述磁源支架5的另一侧壁用于装配磁短节7。采用L型支架，方便磁短节装配在滑块上，也使磁短节能够悬置在磁源支架上，方便后续驱动磁短节自转。

本实施例的磁短节7可以采用现有的磁短节均可。

如图1所示，本实施例的一个优选方案为，所述探管支架4为两个，两个探管支架4之间设有用于安装探管的套管8，所述套管8与所述起升支架3平行布置，所述套管8两端分别与两个探管支架4可拆卸连接。采用两个探管支架，方便为探管提供稳定有效的结构支撑。

如图1所示，本实施例的一个具体方案为，所述探管支架4为倒U型支架，所述倒U型支架跨设在所述磁源支架5运动轨迹的两侧并与起升支架3固定连接。采用倒U型支架，使探管支架跨设在磁源支架的运动轨迹两侧，有利于探管与磁短节位置的精确模拟。

如图1所示，本实施例的铰接杆的一个具体方案为，所述铰接杆包括连接杆41和固定杆42，所述连接杆41的一端铰接在所述探管支架4顶部，所述连接杆41上设有多个沿其长度方向间隔布置的固定杆42，所述固定杆42上设有用于安装探管的套管8。通过设置连接杆和固定杆，方便对套管进行装配，也方便操作固定杆，使固定杆相对于磁源支架进行旋转。

如图1所示，本实施例的所述固定杆42可选用U型结构，所述固定杆42的中部固定在所述连接杆41上，所述套管8通过卡箍固定在所述连接杆41一侧的固定杆42上。采用U型结构的固定杆，便于对套管进行稳定装配。

如图1所示，本实施例的一个具体方案为，所述探管支架4为两个且分别固定在起升支架3上，所述固定杆42沿垂直与起升支架3的方向固定在探管支架4上，所述固定杆42上可以固定多个连接杆41，相邻两个连接杆41之间预留有间隔，此间隔用于标定相邻两个连接杆上的探管之间的间距，即为了模拟两井间的间距。图1中给出了设置三个套管8可选设置位置的示意图。

如图1所示，本实施例的一个可选方案为，所述起升支架3与起升底座1通过铰接轴进行铰接，所述起升底座1上设有与所述铰接轴同轴布置的角度测量盘9。通过设置角度测量盘，能够对起升支架相对于起升底座的旋转角度进行测量，便于后续数据支持。

如图1所示，本实施例的一个优选方案为，所述磁源支架5上设有驱动磁短节7自转的驱动马达71。通过设置驱动马达，可以实现磁短节的自身旋转，提供多自由度的数据支持。本实施例的磁短节作为人工磁源，在自身内置的驱动马达71的驱动下可以实现自身旋转，而且转速可调，通过第二驱动机构6可以实现自身的轴向运动，模拟正钻井的钻进过程。本实施例所用磁短节可以采用选用现有技术实现，具体可以采用磁性材质做成磁芯，按照特定分布点做成可旋转磁场，从而产生交变磁场，达到模拟真实井下磁短节旋转效果。

如图1所示，本实施例的所述起升支架3为长条板状结构，所述第二驱动机构6与磁源支架5连接并驱动磁源支架5沿起升支架3的长度方向运动。

如图1所示，本实施例的所述起升底座1的底部安装有多个脚轮11。

本实施例的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置可以在室外开展测试与标定工作，通过机械结构的优化设计可以实现井间距、相对方位角、井筒井斜等多参数模拟，其中井间距可以利用探管支架上的相邻两个套管之间的间距模拟两井间20cm~40cm~60cm三档距离（即探管距离磁短节的距离可以为20cm、40cm和60cm），如图1所示。井斜可以利用第一驱动机构举升起升支架模拟不同井斜情况，角度测量盘可以读取当前的井斜角，第一驱动机构举升起升支架模拟井斜的范围为0°~85°。相对方位角可以通过调整铰接杆相对于探管支架的锁紧状态，实现探管和磁短节相对方位角的调节变换，铰接杆可以在探管支架的单侧实现0°~175°的角度范围内可调，另一侧可以实现185°~360°的角度范围内可调。

本实施例的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，利用起升底座为探管支架以及磁源支架提供结构支撑，并且第一驱动机构、第二驱动机构以及铰接杆为磁短节提供多方位自由度的运动，能够模拟磁短节与探管之间的多个自由度的相对位置，在页岩油原位开发小间距磁导向钻井工具的研制、测试过程中提供数据支持。本发明的装置结构简单，便携，能够适用于现场模拟操作，十分方便。

实施例2

如图2所示，本实施例的一种页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法，采用所述的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置实现，包括以下步骤：

S1，将探管装配在探管支架4上，将磁短节7装配在磁源支架5上，探管位于磁短节7的上方；

S2，利用第一驱动机构2驱动起升支架3抬升第一预设角度；手动操作铰接杆，使铰接杆上的探管相对于磁短节7偏转第二预设角度；然后利用第二驱动机构6驱动磁短节7沿起升支架3按预设长度运动，根据所述第一预设角度、第二预设角度以及预设长度获得探管相对于磁短节7之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离；

S3，在磁短节7的运动过程中，利用探管上的磁通门传感器实时检测磁场值，并根据磁场值获得探管相对于磁短节7之间的相对井斜、相对方位以及相对距离；

S4，将磁通门传感器检测的探管相对于磁短节7之间的相对井斜、相对方位以及相对距离与探管相对于磁短节7之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离进行对比，为指导页岩油原位开发小间距磁导向定位理论及工具开发提供数据支持。

本实施例的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法，利用起升底座为探管支架以及磁源支架提供结构支撑，并且第一驱动机构、第二驱动机构以及铰接杆为磁短节提供多方位自由度的运动，能够模拟磁短节与探管之间的多个方位的相对位置，为页岩油原位开发小间距磁导向定位理论研发提供数据支持，可以较大幅度减少无效数据验证，节省人工成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，包括起升底座、第一驱动机构、起升支架、探管支架、磁源支架以及第二驱动机构，所述起升支架的一端铰接在所述起升底座的一端，所述第一驱动机构的连接端铰接在所述起升底座上，所述第一驱动机构的驱动端铰接在所述起升支架的底部并能够驱动所述起升支架相对起升底座向上摆动；所述起升支架上安装有第二驱动机构，所述第二驱动机构与磁源支架连接并驱动磁源支架沿起升支架运动；所述起升底座上安装有探管支架，所述探管支架上铰接有用于安装探管的铰接杆，所述铰接杆能够沿垂直于所述磁源支架的运动方向摆动。

2.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括驱动电机、丝杠和滑块，所述起升底座上表面安装有滑轨，所述驱动电机固定在所述起升底座的上表面，所述驱动电机的驱动端与所述丝杠一端连接，所述丝杠另一端转动连接在所述起升底座上表面，所述滑块螺纹连接在所述丝杠上且与滑轨滑动连接；所述磁源支架固定在所述滑块上。

3.根据权利要求2所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述磁源支架为L型结构，所述磁源支架的一侧壁固定在所述滑块上，所述磁源支架的另一侧壁用于装配磁短节。

4.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述探管支架为两个，两个探管支架之间设有用于安装探管的套管，所述套管与所述起升支架平行布置，所述套管两端分别与两个探管支架可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述探管支架为倒U型支架，所述倒U型支架跨设在所述磁源支架运动轨迹的两侧并与起升支架固定连接。

6.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述铰接杆包括连接杆和固定杆，所述连接杆的一端铰接在所述探管支架顶部，所述连接杆上设有多个沿其长度方向间隔布置的固定杆，所述固定杆上设有用于安装探管的套管。

7.根据权利要求6所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述固定杆呈U型结构，所述固定杆的中部固定在所述连接杆上，所述套管通过卡箍固定在所述连接杆一侧的固定杆上。

8.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述起升支架与起升底座通过铰接轴进行铰接，所述起升底座上设有与所述铰接轴同轴布置的角度测量盘。

9.根据权利要求1所述页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置，其特征在于，所述磁源支架上设有驱动磁短节自转的驱动马达。

10.页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的页岩油原位开发小间距磁导向钻井测试模拟装置实现，包括以下步骤：

S1，将探管装配在探管支架上，将磁短节装配在磁源支架上，探管位于磁短节的上方；

S2，利用第一驱动机构驱动起升支架抬升第一预设角度；手动操作铰接杆，使铰接杆上的探管相对于磁短节偏转第二预设角度；然后利用第二驱动机构驱动磁短节沿起升支架按预设长度运动，根据所述第一预设角度、第二预设角度以及预设长度获得探管相对于磁短节之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离；

S3，在磁短节的运动过程中，利用探管上的磁通门传感器实时检测磁场值，并根据磁场值获得探管相对于磁短节之间的相对井斜、相对方位以及相对距离；

S4，将磁通门传感器检测的探管相对于磁短节之间的相对井斜、相对方位以及相对距离与探管相对于磁短节之间的实际相对井斜、实际相对方位以及实际相对距离进行对比，为指导岩油原位开发小间距磁导向定位理论及工具开发提供数据支持。

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