CN208073461U - 一种钻井过程中的压井模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钻井过程中的压井模拟装置，其结构包括调压空压机、球阀、高压储气罐、气体流量计、旋拧阀、三向旋塞阀、压力表、单流阀、半透明蓝色塑料管、透明有机抗压玻璃管、调频螺杆泵、钻井液循环罐、加重钻井液罐、废液处理罐、地层流体储存罐、液体流量计、压力传感器、回压阀、高速摄像机、数据采集器、调压阀、小型调压空压机、数据处理终端。所述高压气罐与地层流体储存罐分别与三向旋塞阀相接，透明有机抗压玻璃管下部和半透明蓝色塑料管上部安装有单流阀，所述小型调压空压机依次与调压阀、回压阀相接。该钻井过程中的压井模拟装置，能够模拟在不同工况下，选取最佳的压井方式并优化施工参数，适用范围广。

Description

一种钻井过程中的压井模拟装置

技术领域

本实用新型涉及钻井过程中的井控领域，具体为一种钻井过程中的压井模拟装置。

背景技术

在石油钻井行业中，随着探索研究的不断深入，钻井方式逐渐呈现出多样化的发展趋势，其中有常规钻井、气体钻井、欠平衡钻井等。但是，在钻井过程中，存在地层出气、出水、出油等情况，容易导致地层流体侵入井筒，并且大量排出井筒中的钻井液，当大量的钻井液从井筒返出地面，留在井筒中的钻井液当量密度降低，其所产生的液柱压力降低，在液柱压力持续降低的过程中，如果不及时进行处理或处理方式不当，很容易引起井喷，危害钻井作业人员安全，污染环境，严重损害国家财产安全。2010年4月20日晚,墨西哥的一座石油钻井平台发生甲烷泄漏，很快引发爆炸及大火，直接导致11名现场工人死亡，钻井平台燃烧36小时后沉入海底。2014年8月11日，长庆油田位于定边的采油六厂，钻井发生井喷事故，导致起火。2018年3月6日,哥伦比亚的EPPR公司在作业时，由于作业人员对井下溢流处理不当，造成井下严重溢流，最终发生井喷,造成了巨大的损失。由此可见，研究钻井过程中的地层流体侵入井筒后流体流动状态，并采取合理的压井措施，对安全生产具有重要的意义。

针对模拟压井装置的特点：目前已有相关专利对模拟气井压井装置进行了研究(公开号CN206707692U)，公开了一种大型气井压井模拟装置，它是由高压气瓶、节流阀、压力表、流量计、压力传感器、有机透明玻璃管、蓝色塑料芯管、泄流阀门、泄流管道、泵、摄像机组成。不足之处在于：气体从底部管线进入井筒的过程中，如果井筒液柱压力过大，井筒内流体会沿管线进入高压气瓶，不能达到实验目的，且存在一定的危险性；该装置只能模拟地层出气的情况，并不能模拟地层出水，地层出油等情况；该装置在压井过程中，只能模拟采用重浆压井，而不能调整井口回压压井；因此，该装置不能模拟实际工程中钻遇地层出现的各种复杂情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻井过程中的压井模拟装置，解决了背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种钻井过程中的压井模拟装置，其结构包括调压空压机、球阀A、高压储气罐、球阀B、气体流量计A、旋拧阀A、三向旋塞阀A、压力表A、单流阀A、压力表B、压力表C、半透明蓝色塑料管、透明有机抗压玻璃管、单流阀B、压力表D、调频螺杆泵A、球阀C、钻井液循环罐、球阀D、加重钻井液罐、三向旋塞阀B、废液处理罐、三向旋塞阀C、地层流体储存罐、球阀E、调频螺杆泵B、液体流量计B、旋拧阀B、压力传感器A、压力传感器B、压力传感器C、压力传感器D、回压阀、高速摄像机A、高速摄像机B、数据采集器、压力表E、调压阀、小型调压空压机、压力传感器E、数据处理终端。所述压井模拟装置中，钻井液循环罐，依次与球阀C、调频螺杆泵A、单流阀B、半透明蓝色塑料管相接，所述透明有机抗压玻璃管上部依次与回压阀、三向旋塞阀B、三向旋塞阀C相接；所述三向旋塞阀B与废液处理罐相接，所述三向旋塞阀C与加重钻井液罐、钻井液循环罐相接，所述加重钻井液罐右端管线上接有球阀D，所述球阀D右端管线与球阀C右端管线相通；所述调压空压机依次与球阀A、高压储气罐、球阀B、气体流量计A、旋拧阀A、三向旋塞阀A、单流阀A、透明有机抗压玻璃管相接，所述地层流体储存罐依次与球阀E、调频螺杆泵B、液体流量计B、旋拧阀B、三向旋塞阀A、单流阀A、透明有机抗压玻璃管相接；所述小型调压空压机依次与调压阀、回压阀相接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述高压储气罐安装有压力表，当其压力低于设定压力时，左端的调压空压机会自动运行，补充高压储气罐损失的气压，为透明有机抗压玻璃管内提供相对稳定的气压。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述透明有机抗压玻璃管下端管线进口处安装有单流阀A，半透明蓝色塑料管上部管线进口处安装有单流阀B，单流阀A、单流阀B的作用是防止透明有机抗压玻璃管内的液柱压力过大，将液体压回管路，损坏设备；

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述透明有机抗压玻璃管上端液体出口处安装有回压阀，回压阀可以通过所述小型调压空压机提供气压和所述调压阀调节气压大小，调节回压阀处可允许通过的压力大小。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述三向旋塞阀A分别与旋拧阀A、旋拧阀B、单流阀A相接，可以通过改变阀门方向，选择是将高压储气罐的气体还是地层流体储存罐的液体泵入透明有机抗压玻璃管中；所述三向旋塞阀B、三向旋塞阀C分别与废液处理罐和钻进液循环罐、加重钻井液罐相接，可以通过调整阀门方向，改变流体所需流回的罐体。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述单流阀A下端安装有压力表A、压力传感器C，所述单流阀B左端安装有压力表D、压力传感器D，所述调压阀左端安装有压力表E、压力传感器E，所述透明有机抗压玻璃管上端安装有压力表C、压力传感器A，下端安装有压力表B、压力传感器B，右端安装有高速摄像机A、高速摄像机B，其中压力传感器C、压力传感器D、压力传感器E、压力传感器A、压力传感器B、高速摄像机A、高速摄像机B通过数据电缆线传输至数据处理终端，方便数据的采集和实时监测。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述透明有机抗压玻璃管外部分布有刻度线，可以直接读取液面高度，方便观察，使用方便。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.该钻井过程中的压井模拟装置，通过设置在透明有机抗压玻璃管下部的三向旋塞阀A，可以改变侵入透明有机抗压玻璃管内的流体类型，单流阀A和单流阀B可以有效防止由于透明有机抗压玻璃管内液柱压力过大将流体压回管道。

2.该钻井过程中的压井模拟装置，通过在透明有机抗压玻璃管上部的循环回路上安装回压阀，可以有效地调整其内部的压力，更好的达到实验目的。

3.该钻井过程中的压井模拟装置，通过设置在返排管线上的三向旋塞阀B、三向旋塞阀C，可以有效的控制返排液所需进入的罐体，将废液分离，有效的减少材料消耗和保护环境。

4.该钻井过程中的压井模拟装置，通过数字化实时监测各关键点实验参数，确保了安全的实验环境与精确的数据记录。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一种钻井过程中的压井模拟装置的整体结构图；

图中：调压空压机-1、球阀A-2、高压储气罐-3、球阀B-4、气体流量计A-5、旋拧阀A-6、三向旋塞阀A-7、压力表A-8、单流阀A-9、压力表B-10、压力表C-11、半透明蓝色塑料管-12、透明有机抗压玻璃管-13、单流阀B-14、压力表D-15、调频螺杆泵A-16、球阀C-17、钻井液循环罐-18、球阀D-19、加重钻井液罐-20、三向旋塞阀B-21、废液处理罐-22、三向旋塞阀C-23、地层流体储存罐-24、球阀E-25、调频螺杆泵B-26、液体流量计B-27、旋拧阀B-28、压力传感器A-29、压力传感器B-30、压力传感器C-31、压力传感器D-32、回压阀-33、高速摄像机A-34、高速摄像机B-35、数据采集器-36、压力表E-37、调压阀-38、小型调压空压机-39、压力传感器E-40、数据处理终端-41。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种钻井过程中的压井模拟装置，其结构包括调压空压机1、球阀A2、高压储气罐3、球阀B4、气体流量计A5、旋拧阀A6、三向旋塞阀A7、压力表A8、单流阀A9、压力表B10、压力表C11、半透明蓝色塑料管12、透明有机抗压玻璃管13、单流阀B14、压力表D15、调频螺杆泵A16、球阀C17、钻井液循环罐18、球阀D19、加重钻井液罐20、三向旋塞阀B21、废液处理罐22、三向旋塞阀C23、地层流体储存罐24、球阀E25、调频螺杆泵B26、液体流量计B27、旋拧阀B28、压力传感器A29、压力传感器B30、压力传感器C31、压力传感器D32、回压阀33、高速摄像机A34、高速摄像机B35、数据采集器36、压力表E37、调压阀38、小型调压空压机39、压力传感器E40、数据处理终端41。所述压井模拟装置中，钻井液循环罐18，依次与球阀C17、调频螺杆泵A16、单流阀B14、半透明蓝色塑料管12相接；所述透明有机抗压玻璃管13上部依次与回压阀33、三向旋塞阀B21、三向旋塞阀C23相接；所述三向旋塞阀21B与废液处理罐22相接；所述三向旋塞阀C23与加重钻井液罐20、钻井液循环罐18相接；所述加重钻井液罐20右端管线上接有球阀D19，所述球阀D19右端管线与球阀C17右端管线相通；所述调压空压机1依次与球阀A2、高压储气罐3、球阀B4、气体流量计A5、旋拧阀A6、三向旋塞阀A7、单流阀A9、透明有机抗压玻璃管13相接；所述地层流体储存罐24依次与球阀E25、调频螺杆泵B26、液体流量计B27、旋拧阀B28、三向旋塞阀A7、单流阀A9、透明有机抗压玻璃管13相接；所述小型调压空压机39依次与调压阀38、回压阀33相接。请参阅图1，所述高压储气罐3安装有压力表，当其压力低于设定压力时，左端的调压空压机1会自动运行，补充高压储气罐3损失的气压，为透明有机抗压玻璃管13内提供相对稳定的气压。

请参阅图1，所述透明有机抗压玻璃管13下端管线进口处安装有单流阀A9，半透明蓝色塑料管12上部管线进口处安装有单流阀B14，单流阀A9、单流阀B14的作用是防止透明有机抗压玻璃管13内的液柱压力过大，将液体压回管路，损坏设备；

请参阅图1，所述透明有机抗压玻璃管13上端液体出口处安装有回压阀33，回压阀33可以通过所述小型调压空压机39提供气压和所述调压阀38调节气压大小，调节回压阀33处可允许通过的压力大小。

请参阅图1，所述三向旋塞阀A7分别与旋拧阀A6、旋拧阀B28、单流阀A9相接，可以通过改变阀门方向，选择是将高压储气罐3的气体还是地层流体储存罐24的液体泵入透明有机抗压玻璃管13中；所述三向旋塞阀B21、三向旋塞阀C23分别与废液处理罐22和钻进液循环罐18、加重钻井液罐20相接，可以通过调整阀门方向，改变流体所需流回的罐体。

请参阅图1，所述单流阀A9下端安装有压力表A8、压力传感器C31，所述单流阀B14左端安装有压力表D15、压力传感器D32，所述调压阀38左端安装有压力表E37、压力传感器E40，所述透明有机抗压玻璃管13上端安装有压力表C11、压力传感器A29，下端安装有压力表B10、压力传感器B30，右端安装有高速摄像机A34、高速摄像机B35，其中压力传感器C31、压力传感器D32、压力传感器E40、压力传感器A29、压力传感器B30、高速摄像机A34、高速摄像机B35通过数据电缆线传输至数据处理终端41，方便数据的采集和实时监测。

请参阅图1，所述透明有机抗压玻璃管13外部分布有刻度线，可以直接读取液面高度，方便观察，使用方便。

本实用新型所述的一种钻井过程中的压井模拟装置，调压阀38自身设置有进气口和出气口，当回压阀33处气压不够时，通过增大调压阀38进气口开度，增加气流量，提供回压阀33处所需的气压；当回压阀33处气压过高时，通过微调调压阀38的出气口开度，释放气流，以确保得到实验所需的回压阀33压力。

本实用新型所述的一种钻井过程中的压井模拟装置，调压空压机1、球阀A2、高压储气罐3、球阀B4、气体流量计A5、旋拧阀A6、三向旋塞阀A7、压力表A8、单流阀A9、压力表B10、压力表C11、半透明蓝色塑料管12、透明有机抗压玻璃管13、单流阀B14、压力表D15、调频螺杆泵A16、球阀C17、钻井液循环罐18、球阀D19、加重钻井液罐20、三向旋塞阀B21、废液处理罐22、三向旋塞阀C23、地层流体储存罐24、球阀E25、调频螺杆泵B26、液体流量计B27、旋拧阀B28、压力传感器A29、压力传感器B30、压力传感器C31、压力传感器D32、回压阀33、高速摄像机A34、高速摄像机B35、数据采集器36、压力表E37、调压阀38、小型调压空压机39、压力传感器E40、数据处理终端41，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本实用新型解决的问题是在实际钻井过程中，发生地层出气、地层出水、地层出油的情况下，地层流体侵入井筒，发生井涌，如果此时采取的处理措施不恰当，很容易引起井涌加剧，最后发生井喷，危害巨大。本实用新型通过上述部件的互相组合连接，通过在在透明有机抗压玻璃管下端设置三向旋塞阀A，可以方便得切换泵入地层的流体，通过设置在钻井液回流管线上的三向旋塞阀B、三向旋塞阀C，可以选择将流回的钻井液输送到指定的罐体中。设置在透明有机抗压玻璃管下端的单流阀A以及半透明蓝色塑料管上方的单流阀B可以防止液体回流，确保透明有机抗压玻璃管内保持一定的压力。安装在透明有机抗压玻璃管上方的回压阀，可以模拟实际钻井过程中井口所加回压，通过调整其大小，可以研究实际钻井过程中井口回压对压井效果的影响。通过各个传感器汇集的数据，可以有效的进行实验结果的分析。因此，本实用新型可以模拟地层出气、地层出水、地层出油的情况，采用加重钻井液压井、井口加回压压井、以及加重钻井液和井口加回压两者相结合压井的三种方式，并分析各种压井方式所适合的情况，并得出相应的结论。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种钻井过程中的压井模拟装置，其结构包括调压空压机(1)、球阀A(2)、高压储气罐(3)、球阀B(4)、气体流量计A(5)、旋拧阀A(6)、三向旋塞阀A(7)、压力表A(8)、单流阀A(9)、压力表B(10)、压力表C(11)、半透明蓝色塑料管(12)、透明有机抗压玻璃管(13)、单流阀B(14)、压力表D(15)、调频螺杆泵A(16)、球阀C(17)、钻井液循环罐(18)、球阀D(19)、加重钻井液罐(20)、三向旋塞阀B(21)、废液处理罐(22)、三向旋塞阀C(23)、地层流体储存罐(24)、球阀E(25)、调频螺杆泵B(26)、液体流量计B(27)、旋拧阀B(28)、压力传感器A(29)、压力传感器B(30)、压力传感器C(31)、压力传感器D(32)、回压阀(33)、高速摄像机A(34)、高速摄像机B(35)、数据采集器(36)、压力表E(37)、调压阀(38)、小型调压空压机(39)、压力传感器E(40)、数据处理终端(41)，其特征在于：钻井液循环罐(18)，依次与球阀C(17)、调频螺杆泵A(16)、单流阀B(14)、半透明蓝色塑料管(12)相接，所述透明有机抗压玻璃管(13)上部依次与回压阀(33)、三向旋塞阀B(21)、三向旋塞阀C(23)相接，所述三向旋塞阀B(21)与废液处理罐(22)相接，所述三向旋塞阀C(23)与加重钻井液罐(20)、钻井液循环罐(18)相接，所述加重钻井液罐(20)右端管线上接有球阀D(19)，所述球阀D(19)右端管线与球阀C(17)右端管线相通，所述调压空压机(1)依次与球阀A(2)、高压储气罐(3)、球阀B(4)、气体流量计A(5)、旋拧阀A(6)、三向旋塞阀A(7)、单流阀A(9)、透明有机抗压玻璃管(13)相接，所述地层流体储存罐(24)依次与球阀E(25)、调频螺杆泵B(26)、液体流量计B(27)、旋拧阀B(28)、三向旋塞阀A(7)、单流阀A(9)、透明有机抗压玻璃管(13)相接，所述小型调压空压机(39)依次与调压阀(38)、回压阀(33)相接。

2.根据权利要求1所述的一种钻井过程中的压井模拟装置，其特征在于：所述单流阀A(9)下端安装有压力表A(8)、压力传感器C(31)，所述单流阀B(14)左端安装有压力表D(15)、压力传感器D(32)，所述调压阀左端安装有压力表E(37)、压力传感器E(40)，所述透明有机抗压玻璃管(13)上端安装有压力表C(11)、压力传感器A(29)，下端安装有压力表B(10)、压力传感器B(30)，右端安装有高速摄像机A(34)、高速摄像机B(35)，所述压力传感器C(31)、压力传感器D(32)、压力传感器E(40)、压力传感器A(29)、压力传感器B(30)、高速摄像机A(34)、高速摄像机B(35)，通过数据电缆线分别与数据采集器(36)相连接，所述数据采集器(36)与数据处理终端(41)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种钻井过程中的压井模拟装置，其特征在于：所述透明有机抗压玻璃管(13)外部分布有刻度线。