[發明專利]一種超深井鉆進模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201010143674.9
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101806214A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 岳文;孫金聲;王成彪;楊澤星;付志強
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(北京);中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/00;E21B47/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域：

本發明涉及一種超深井鉆進模擬實驗裝置。?

背景技術：

隨著人類對能源的迫切需求，油氣和礦產開發的區域不斷延伸，由1000m以內的淺層井到現在的4500m以上的深井和6000m以上的超深井，鉆井的深度越來越深，鉆探的難度越來越大。由于深井和超深井的地層具有高溫度、高壓力的特點，其鉆進過程與淺層鉆探具有非常大的差別。通常在實驗室采用鉆進模擬實驗對實際鉆進過程進行模擬，測試鉆進過程的各項參數，實現對鉆具、鉆頭、鉆進工藝、巖樣、鉆井液等的性能測試與評價，通過統計和分析各項參數的關系，指導實際鉆進工藝參數的設置和新鉆具的開發。?

目前，鉆進模擬實驗裝置都是在常溫常壓或低溫條件下進行的，沒有用于模擬超深井高溫高壓條件下的。“微鉆實驗臺的研制與應用”(煤田地質與勘探，2002，30：63-64)涉及的微鉆實驗臺可實現鉆進過程監測、巖樣可鉆性分級、鉆具的性能與壽命等參數，但不能實現超深井高溫高壓條件的鉆進過程模擬。專利CN1176741C涉及的實驗裝置可以對低溫條件下天然氣水合物的鉆探和開采過程進行模擬，但不能實現對超深井巖石鉆進過程的模擬。專利CN101144805A涉及的實驗儀可以測試鉆井液在高溫高壓條件下的性能指標，但不能實現鉆進過程的模擬。俄羅斯和美國有可用于模擬超深井高溫高壓條件的臺架實驗裝置，實驗裝置造價高，體積龐大，不適于室內研究試驗。尚未檢索到適合實驗室使用的在超深井高溫高壓條件的鉆進模擬實驗裝置。本發明提供一種超深井高溫高壓條件下的模擬鉆進實驗裝置，可實現超深井模擬鉆進過程中的鉆進參數監測。?

發明內容：

針對上述不足，本發明的目的在于提供一種超深井鉆進模擬實驗裝置，實驗裝置用于模擬超深井的高溫高壓條件，還可用于模擬鉆進過程。?

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：超深井鉆進模擬實驗裝置，它主要由鉆進系統、高壓釜系統、巖樣加熱與加壓系統、檢測系統和數據采集系統(22)、微機數據處理系統(21)組成。?

所述的超深井鉆進模擬實驗裝置，鉆進系統的鉆桿通過壓力容器(18)的鉆桿孔伸入到高壓釜系統中，供氣與增壓通過管道與高壓釜的進氣口(28)相連接，加熱與溫控部分位于高壓釜系統內部，通過電阻絲進行加熱，通過熱電偶(5)對巖樣的溫度進行測試，通過巖樣夾持加壓機構(24)對巖樣進行加壓，檢測系統主要由鉆進參數檢測系統和溫度、壓力檢測系統組成，鉆進參數檢測系統由導線與PLC(22)相連接，溫度、壓力檢測系統由溫度傳感器和壓力表直接讀出，PLC(22)與微機數據處理系統(21)相連接。?

所述的鉆進系統由架體、動力頭系統、鉆井液系統、液壓系統組成。?

所述的架體由機座(3)、導軌座(14)、立柱(4)組成。機座(3)為整個實驗平臺的底座，立柱(4)安裝在底座兩側，導軌座(14)安裝在兩個立柱上。架體為整個動力臺的支架，安裝有導向柱，為動力頭提供支撐和導向，及承受動力頭給進力反力矩和回轉扭矩的反力矩。導軌座通過立柱與機座相連接，鉆進系統安裝在導軌座上通過液壓系統實現鉆進運動，巖樣通過液壓系統固定在實驗臺上，數據采集系統由安裝在軸承部，數據采集系統通過導線與微機數據處理系統相連接。?

所述的動力頭系統由變頻電機(13)、鉆桿(19)、水龍頭(16)、鉆頭(23)組成。變頻電機(13)安裝在導軌座(14)上，變頻電機(13)輸出端接有水龍頭(16)的傳輸端，水龍頭(16)的輸入端接到鉆井液系統的輸出接口，水龍頭(16)輸出端接有鉆桿(19)，鉆桿(19)上裝有鉆進參數檢測系統，鉆桿的輸出端接有鉆頭(23)。?

所述的鉆井液系統由高壓泥漿泵(15)、鉆井液流量計(L1)、鉆井液、鉆井液收集容器(2)和管道組成。泥漿泵(27)通過管道與鉆井液流量計(L1)連接，經過水龍頭(16)將鉆井液輸入到高壓釜內，鉆井液通過鉆井液出口(1)經管道流入鉆井液收集容器(2)中。?

所述的液壓系統由油箱，液壓泵、液壓閥和液壓缸(11)組成。液壓泵一端通過油管和油箱連接，另一端與液壓缸相連接。液壓缸通過上下兩個支座(10)固定在頂板(12)上。液壓系統主要分為三條支路，一條支路控制鉆進系統的鉆進，一條支路控制壓力容器(18)的上升和下降，另外一條支路控制巖樣夾持加壓機構(24)對巖樣的加壓力。?