CN217818897U - 水下井口液位检测模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下井口液位检测模拟试验装置，涉及海洋钻探设备技术领域，包括：水箱；井口模块，井口模块设置于水箱内，井口模块内壁上设有液位传感器；钻杆，钻杆的下端能够伸入到井口模块中；试验台架，试验台架上设有横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置带动钻杆做横移、纵向和旋转运动；泥浆罐，泥浆罐下端与井口模块的下端通过回流管路相连通，泥浆罐上端与旋转装置通过注入管路相连通，注入管路中泥浆通过旋转装置流入到钻杆上端；控制器，控制器用于控制各个电器元件运行。本实用新型能够模拟钻杆在水下井口内不同的运动状态，为各类泥浆液位识别技术提供试验平台及检测方法。

Description

水下井口液位检测模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及海洋钻探设备技术领域，特别是涉及一种水下井口液位检测模拟试验装置。

背景技术

随着海洋钻井技术的不断发展，无隔水管泥浆回收钻井工艺凭借其自身优势而被广泛应用。现有的无隔水管泥浆回收钻井工艺可以参考专利号为CN201963231U的“一种实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统”，或专利号为CN108547587A的“一种基于循环钻井液的无隔水管快速取心钻进系统及方法”等，其主要思想均为通过水下泵及单独小直径的泥浆上返管线，将上返至水下井口的泥浆回收至甲板面处进行处理然后再应用。由于水下井口敞开，与外部海水连通，本工艺的技术难点之一是准确判断水下井口泥浆液位高度。

在深水环境下，钻杆由于没有井筒的限制，在水下井口内会前后左右摆动，加之钻杆本身回转，会扰动井口内部的泥浆及海水，这会影响泥浆液位高度的判断。然而现有技术中并没有一种用于模拟无隔水管泥浆回收钻井工艺的装置，来研究各个扰动因素对泥浆液位高度的影响。

因此，本领域技术人员急需一种水下井口液位检测模拟试验装置，用于解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水下井口液位检测模拟试验装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置使得钻杆处于不同的运动状态，从而用于研究各个扰动因素对泥浆液位高度的影响。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型公开了一种水下井口液位检测模拟试验装置，包括：

水箱，所述水箱内用于填充水；

井口模块，所述井口模块设置于所述水箱内，所述井口模块与所述水箱相连通，所述井口模块的内壁上设有若干个液位传感器；

钻杆，所述钻杆的下端能够伸入到所述井口模块中；

试验台架，所述试验台架上设有横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，所述钻杆的上端与所述旋转装置相连接，所述旋转装置设置于所述横向移动装置上，所述横向移动装置设置在所述纵向移动装置上；

泥浆罐，所述泥浆罐的下端与所述井口模块的下端通过回流管路相连通，所述回流管路上设有泥浆回流泵，所述泥浆罐的上端与所述旋转装置通过注入管路相连通，所述注入管路上设有泥浆注入泵，所述注入管路中的泥浆通过所述旋转装置流入到所述钻杆的上端；

控制器，所述液位传感器、所述横向移动装置、所述纵向移动装置、所述旋转装置、所述泥浆回流泵和所述泥浆注入泵均与所述控制器电连接。

优选的，所述旋转装置为回转顶驱，所述回转顶驱的上端固定有一个顶驱移动板。

优选的，所述横向移动装置包括横向驱动电机、横向丝杆和两个横向导轨，所述顶驱移动板上设有一个横向螺纹孔和两个横向导向孔，所述横向丝杆的一端与所述横向驱动电机的输出轴传动连接，所述横向螺纹孔设有内螺纹，所述横向螺纹孔与所述横向丝杆螺纹连接，所述横向驱动电机固定于横向电机固定板上，两个所述横向导轨的第一端分别固定于所述横向电机固定板远离所述横向驱动电机的一面上，两个所述横向导轨分别位于所述横向丝杆的两侧，两个所述横向导轨分别穿过两个所述横向导向孔，两个所述横向导轨分别与两个所述横向导向孔滑动连接。

优选的，所述纵向移动装置包括纵向丝杆、纵向驱动电机和两个纵向导轨，所述纵向驱动电机的输出轴与所述纵向丝杆的一端传动连接，所述试验台架包括两个框架，所述纵向导轨的两端分别固定于两个所述框架的内侧，所述纵向驱动电机固定于一个所述框架的外侧，两个所述纵向导轨分别位于所述框架的两侧，两个所述纵向导轨上分别滑动连接有第一纵向移动板和第二纵向移动板，所述第一纵向移动板固定于所述横向电机固定板的下端，所述第一纵向移动板上设有纵向螺纹孔，所述纵向螺纹孔设有内螺纹，所述纵向螺纹孔与所述纵向丝杆螺纹连接，所述横向导轨的第一端固定于所述横向电机固定板上，所述横向导轨的第二端固定于所述第二纵向移动板上。

优选的，所述顶驱移动板的上端连接有注浆管，所述注浆管的下端与所述回转顶驱相连通，所述注入管路与所述注浆管的上端相连通。

优选的，所述井口模块包括井口桶体，所述井口桶体的侧壁上设有泥浆排出管，所述回流管路的一端与所述泥浆排出管相连通，所述井口桶体的内壁上设有若干个传感器支架，所述液位传感器设置于所述传感器支架上。

优选的，所述回流管路上设有回流流量计，所述回流流量计与所述控制器电连接；

所述注入管路上设有注入流量计，所述注入流量计与所述控制器电连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、设有横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，分别能够带动钻杆进行横向移动、纵向移动和旋转运动，从而便于研究人员研究不同干扰因素对泥浆液位高度的影响；

2、既能够利用多个液位传感器直接检测出泥浆液位发生的变化，也可以注入流量计、回流流量计以及井口模块的直径等因素计算出泥浆液位发生的变化，双重检测方法使得检测结果更为精确；

3、整体结构简单，便于制造以及后期维修，并且制造成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例水下井口液位检测模拟试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例水下井口液位检测模拟试验装置中试验台架的整体示意图；

图3为本实用新型实施例水下井口液位检测模拟试验装置中试验台架的正视图；

图4为本实用新型实施例水下井口液位检测模拟试验装置中试验台架的俯视图；

图5为本实用新型实施例水下井口液位检测模拟试验装置中井口模块的结构示意图；

图中：1、水箱；2、井口模块；2-1、井口桶体；2-2、传感器支架；2-3、泥浆排出管；3、试验台架；3-1、框架；3-2、横向导轨；3-3、横向丝杠；3-4、横向驱动电机；3-5、纵向丝杠；3-6、纵向导轨；3-7、纵向驱动电机；3-8、注浆管；3-9、回转顶驱；3-10、钻杆；4、泥浆回流泵；5、回流流量计；6、泥浆罐；7、泥浆注入泵；8、注入流量计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种水下井口液位检测模拟试验装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置使得钻杆处于不同的运动状态，从而用于研究各个扰动因素对泥浆液位高度的影响。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一、

如图1-图5所示，本实施例提供了一种水下井口液位检测模拟试验装置，包括：

水箱1，水箱1为一矩形箱体结构，上端开口，水箱1内用于填充清水，从而用于模拟海洋环境；

井口模块2，井口模块2设置于水箱1内的底部，井口模块2与水箱1相连通，井口模块2的内壁上设有若干个液位传感器，若干个液位传感器自上而下进行分布，至于液位传感器的具体数量，可以根据实际的研究需要以及井口模块2的高度进行调整；

钻杆3-10，钻杆3-10的下端能够伸入到井口模块2中；

试验台架3，试验台架3为一常见支撑结构，试验台架3上设有横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，钻杆3-10的上端与旋转装置相连接，旋转装置能够用于带动钻杆3-10做旋转运动，旋转装置设置于横向移动装置上，横向移动装置能够用于带动旋转装置和钻杆3-10一同做横向移动，横向移动装置设置在纵向移动装置上，纵向移动装置能够用于带动横向移动装置、旋转装置和钻杆3-10一同做纵向移动；

泥浆罐6，泥浆罐6的下端与井口模块2的下端通过回流管路相连通，回流管路上设有泥浆回流泵4，泥浆回流泵4为现有常见的输送泵结构，变频电机驱动，在泥浆回流泵4的带动下将井口模块2内的泥浆输送到泥浆罐6内，用于模拟无隔水管泥浆举升回收过程，泥浆罐6的上端与旋转装置通过注入管路相连通，注入管路上设有泥浆注入泵7，泥浆注入泵7与泥浆回流泵4可以采用相同的结构，也为变频电机驱动，注入管路中的泥浆通过旋转装置流入到钻杆3-10的上端；

控制器，液位传感器、横向移动装置、纵向移动装置、旋转装置、泥浆回流泵4和泥浆注入泵7均与控制器电连接，其中控制器可以为计算机或plc控制器等均可，主要用于控制各个装置的运行。

使用时，启动各个装置，位于井口模块2内部的泥浆在泥浆回流泵4的带动下将井口模块2内的泥浆输送到泥浆罐6内，而泥浆罐6中的泥浆又在泥浆注入泵7的带动下进入钻杆3-10的上端，最后从钻杆3-10的下端流回到井口模块2中，从而形成一个完整的循环过程。在此循环过程中，井口模块2内下部为泥浆，上部为清水，中间为泥浆与清水的混合溶液。当需要研究钻杆3-10不同扰动因素对泥浆液面高度的影响时，只需要分别启动横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，分别能够带动钻杆3-10进行横向移动、纵向移动和旋转运动，观察液位传感器的检测数据，从而便于研究人员研究不同干扰因素对泥浆液位高度的影响。

于本实施例中，旋转装置为回转顶驱3-9，采用伺服电机驱动，轴向中空，下端接钻杆3-10，上端用于连接注入管路，用于通入泥浆，泥浆通过回转顶驱3-9进入到钻杆3-10的上端。由于回转顶驱3-9为现有钻探领域中常见的顶驱结构，所以在此对其具体结构不做过多说明。回转顶驱3-9的上端固定有一个顶驱移动板，顶驱移动板为一常见的矩形板，用于带动回转顶驱3-9在横向移动装置上左右移动。使用时，只需启动回转顶驱3-9，即可带动位于下方的钻杆3-10转动。

于本实施例中，横向移动装置包括横向驱动电机3-4、横向丝杆3-3和两个横向导轨3-2，顶驱移动板上设有一个横向螺纹孔和两个横向导向孔，横向螺纹孔位于顶驱移动板的正中间，两个横向导向孔分别位于横向螺纹孔的两侧且对称分布。横向丝杆3-3的一端与横向驱动电机3-4的输出轴传动连接，横向螺纹孔设有内螺纹，横向螺纹孔与横向丝杆3-3螺纹连接，当横向驱动电机3-4的输出轴转动时，可以使顶驱移动板在横向丝杆3-3上左右移动。横向驱动电机3-4固定于横向电机固定板上(即图2中左侧)，两个横向导轨3-2的第一端分别固定于横向电机固定板远离横向驱动电机3-4的一面上(即图2中的右侧)，两个横向导轨3-2分别位于横向丝杆3-3的两侧，两个横向导轨3-2分别穿过两个横向导向孔，两个横向导轨3-2分别与两个横向导向孔滑动连接，两个横向导轨3-2的作用是为顶驱移动板提供导向的作用，是顶驱移动板在横向丝杆3-3的转动下只能进行左右横向移动。使用时，横向驱动电机3-4驱动横向丝杆3-3转动，由于横向导轨3-2的限制作用，使得顶驱移动板只能带动回转顶驱3-9和钻杆3-10沿着横向丝杆3-3的方向做往复直线运动。

于本实施例中，纵向移动装置包括纵向丝杆3-5、纵向驱动电机3-7和两个纵向导轨3-6，纵向驱动电机3-7的输出轴与纵向丝杆3-5的一端传动连接，试验台架3包括两个框架3-1，如图2所示，每个框架3-1均为n形架结构，两个框架3-1之间间隔设置，纵向导轨3-6的两端分别固定于两个框架3-1的内侧，纵向驱动电机3-7固定于一个框架3-1的外侧，两个纵向导轨3-6分别位于框架3-1的两侧。两个纵向导轨3-6上分别滑动连接有第一纵向移动板和第二纵向移动板，第一纵向移动板和第二纵向移动板分别设有对应的纵向导向孔让纵向导轨3-6穿过，第一纵向移动板固定于横向电机固定板的下端，第一纵向移动板上设有纵向螺纹孔，纵向螺纹孔设有内螺纹，纵向螺纹孔与纵向丝杆3-5螺纹连接。横向导轨3-2的第一端固定于横向电机固定板上，横向导轨3-2的第二端固定于第二纵向移动板上。使用时，启动纵向驱动电机3-7，纵向驱动电机3-7驱动纵向丝杆3-5转动，在纵向导轨3-6的作用下，使得第一纵向移动板在纵向丝杆3-5上做纵向往复运动，第二纵向移动板在第一纵向移动板的带动下，与第一纵向移动板同步在纵向导轨3-6上做纵向往复运动，最终实现横向移动装置、旋转装置和钻杆3-10共同做纵向移动的技术效果。

于本实施例中，顶驱移动板的上端连接有注浆管3-8，注浆管3-8的下端与回转顶驱3-9相连通，注入管路与注浆管3-8的上端相连通，来自注入管路中的泥浆通过注浆管3-8流入到回转顶驱3-9中，再通过回转顶驱3-9流入到钻杆3-10中。

于本实施例中，对于井口模块2的具体结构，井口模块2包括井口桶体2-1，井口桶体2-1的底部侧壁上设有泥浆排出管2-3，回流管路的一端与泥浆排出管2-3相连通，井口桶体2-1内部的泥浆在泥浆回流泵4的带动下从泥浆排出管2-3流出。井口桶体2-1的内壁上设有若干个传感器支架2-2，如图5所示，传感器支架2-2具体为两个，两个传感器支架2-2分别位于井口桶体2-1两侧的内壁上，液位传感器设置于传感器支架2-2上，每个传感器支架2-2上设置液位传感器的数量以及位置关系，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。

于本实施例中，回流管路上设有回流流量计5，回流流量计5与控制器电连接；同理的，注入管路上设有注入流量计8，注入流量计8与控制器电连接。可以利用回流流量计5和注入流量计8检测到的数据来验证液位传感器的准确性。

实施例二、

本实施例提供了一种水下井口液位检测模拟试验装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、对各个装置进行准备与安装，然后准备进行试验；

S2、启动泥浆注入泵7，泥浆被泥浆注入泵7排进试验台架3处的钻杆3-10内，钻杆3-10内的泥浆注入到井口模块2内，此时泥浆会在井口模块2内缓慢上升，模拟深水钻探时泥浆在水下井口上返的过程；

S3、启动泥浆回流泵4，将井口模块2内的泥浆抽回泥浆罐6内，模拟无隔水管泥浆举升回收过程，从而形成一个循环回路，在此循环过程中，井口模块2内下部为泥浆，上部为清水，中间为泥浆与清水的混合溶液；

S4、进行液位识别模拟试验，启动横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，通过横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置带动钻杆3-10做横移运动、纵移运动和旋转运动，可准确模拟出深水环境下钻杆3-10在井口内的前后左右移动和回转运动，根据不同井口的直径，可设置横向驱动电机3-4和纵向驱动电机3-7的运转圈数，限定钻杆3-10在井口模块2内的摆动幅度；根据不同的海况，可设置横向驱动电机3-4和纵向驱动电机3-7的运行速度，限定钻杆3-10在井口模块2内的摆动速度；

S5、维持泥浆回流泵4恒定泵量，通过增大或减小泥浆注入泵7的泵量，使井口模块2内部泥浆液位高度发生变化；

S6、采集注入流量计8、回流流量计5、井口模块2的截面积和液位传感器的数据，通过计算得出泥浆液位的上升速率及高度。

于本实施例中，步骤S1中的准备和安装工作包括：向水箱1内充满清水，用于模拟海洋环境；

将试验台架3和井口模块2放置于水箱1内部，先放置井口模块2，将井口模块2放置在水箱1内底部，井口模块2内暂存有泥浆，然后将试验台架3放置在井口模块2的上方，试验台架3上的钻杆3-10伸入到井口模块2内；

将液位传感器安装在井口模块2内的传感器支架2-2上。

于本实施例中，步骤S6中的计算步骤包括：泥浆液位上升高度＝(注入流量计8的注入量-回流流量计5的排出量)÷井口模块2的截面积；

泥浆液位的上升速率＝泥浆液位上升高度÷时间。

利用这一计算步骤，可以准确计算出泥浆液位的上升高度以及上升速度，既能够验证液位传感器的准确性，并且结合液位传感器的检测数据可以进一步的精确泥浆液位的上升高度以及上升速度。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，包括：

水箱，所述水箱内用于填充水；

井口模块，所述井口模块设置于所述水箱内，所述井口模块与所述水箱相连通，所述井口模块的内壁上设有若干个液位传感器；

钻杆，所述钻杆的下端能够伸入到所述井口模块中；

试验台架，所述试验台架上设有横向移动装置、纵向移动装置和旋转装置，所述钻杆的上端与所述旋转装置相连接，所述旋转装置设置于所述横向移动装置上，所述横向移动装置设置在所述纵向移动装置上；

泥浆罐，所述泥浆罐的下端与所述井口模块的下端通过回流管路相连通，所述回流管路上设有泥浆回流泵，所述泥浆罐的上端与所述旋转装置通过注入管路相连通，所述注入管路上设有泥浆注入泵，所述注入管路中的泥浆通过所述旋转装置流入到所述钻杆的上端；

控制器，所述液位传感器、所述横向移动装置、所述纵向移动装置、所述旋转装置、所述泥浆回流泵和所述泥浆注入泵均与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述旋转装置为回转顶驱，所述回转顶驱的上端固定有一个顶驱移动板。

3.根据权利要求2所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述横向移动装置包括横向驱动电机、横向丝杆和两个横向导轨，所述顶驱移动板上设有一个横向螺纹孔和两个横向导向孔，所述横向丝杆的一端与所述横向驱动电机的输出轴传动连接，所述横向螺纹孔设有内螺纹，所述横向螺纹孔与所述横向丝杆螺纹连接，所述横向驱动电机固定于横向电机固定板上，两个所述横向导轨的第一端分别固定于所述横向电机固定板远离所述横向驱动电机的一面上，两个所述横向导轨分别位于所述横向丝杆的两侧，两个所述横向导轨分别穿过两个所述横向导向孔，两个所述横向导轨分别与两个所述横向导向孔滑动连接。

4.根据权利要求3所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述纵向移动装置包括纵向丝杆、纵向驱动电机和两个纵向导轨，所述纵向驱动电机的输出轴与所述纵向丝杆的一端传动连接，所述试验台架包括两个框架，所述纵向导轨的两端分别固定于两个所述框架的内侧，所述纵向驱动电机固定于一个所述框架的外侧，两个所述纵向导轨分别位于所述框架的两侧，两个所述纵向导轨上分别滑动连接有第一纵向移动板和第二纵向移动板，所述第一纵向移动板固定于所述横向电机固定板的下端，所述第一纵向移动板上设有纵向螺纹孔，所述纵向螺纹孔设有内螺纹，所述纵向螺纹孔与所述纵向丝杆螺纹连接，所述横向导轨的第一端固定于所述横向电机固定板上，所述横向导轨的第二端固定于所述第二纵向移动板上。

5.根据权利要求2所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述顶驱移动板的上端连接有注浆管，所述注浆管的下端与所述回转顶驱相连通，所述注入管路与所述注浆管的上端相连通。

6.根据权利要求1所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述井口模块包括井口桶体，所述井口桶体的侧壁上设有泥浆排出管，所述回流管路的一端与所述泥浆排出管相连通，所述井口桶体的内壁上设有若干个传感器支架，所述液位传感器设置于所述传感器支架上。

7.根据权利要求1所述的水下井口液位检测模拟试验装置，其特征在于，所述回流管路上设有回流流量计，所述回流流量计与所述控制器电连接；

所述注入管路上设有注入流量计，所述注入流量计与所述控制器电连接。

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