[發明專利]鉆井模擬實驗裝置

無效

• 申請號: 201110218190.0
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN102288742A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 張輝;高德利;黃鶴
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力

技術領域

本發明是關于一種油田鉆井相關參數模擬實驗裝置，尤其涉及一種為油田近平衡、欠平衡、過平衡鉆井提供可靠理論數據，以便制定出更加合理的鉆井實施方案的鉆井模擬實驗裝置。

背景技術

鉆井技術發展到今天，近平衡、欠平衡、過平衡鉆井技術均在應用，其中欠平衡鉆井技術已被證明是一種可行和經濟有效的方法。在常規過平衡或近平衡鉆井中，鉆井液除具攜帶巖屑、穩定井壁、冷卻鉆頭等作用以外，更為重要的是平衡地層壓力，防止地層流體進入井筒。而欠平衡鉆井則有意識地改變井底循環壓力，使其低于地層壓力，當繼續鉆進時，這個欠平衡壓力使產層流體流入井筒，從而避免井漏和降低地層傷害等系列問題。此外，欠平衡鉆井還具有延長鉆頭壽命，利于發現油氣藏和保護環境以及降低增產措施作業成本等優點。

但是，國內外現有的可鉆性的測定儀，僅僅只能在常壓下對巖石可鉆性進行測定，而不能測定出巖石在井下應力場中真實的受力環境的可鉆性。因此，在本技術領域中，需要有一種可以模擬巖石在井底中所受的上覆巖層壓力、地層壓力、井底壓力，以較真實的測定巖石在井底條件下可鉆性的鉆井模擬實驗裝置。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種鉆井模擬實驗裝置，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉆井模擬實驗裝置，通過該裝置可以模擬鉆井過程中的轉速、鉆壓、上覆壓力、地層壓力、井底循環壓力等參數，從而在室內對鉆井的過程、機理、效果等進行模擬試驗，對鉆井過程中各種因素的相互作用進行研究，為油田鉆井提供可靠的理論數據，以便制定出更加合理的鉆井實施方案。

本發明的目的是這樣實現的，一種鉆井模擬實驗裝置，該模擬實驗裝置包括上、下對應同軸安裝的巖心夾持機構和鉆進機構，巖心夾持機構上連接有第一施壓機構，巖心夾持機構的上、下端分別連接有第一施壓控制管路和第二施壓控制管路，鉆進機構上連接有第二施壓機構；所述巖心夾持機構包括有夾持器外殼，外殼頂部設有密封殼蓋，外殼內設置圍設有巖心的圍壓筒，所述圍壓筒與外殼之間構成圍壓腔；所述巖心底部由一卡環支撐，巖心與外殼內底面之間構成一井底模擬腔體；所述巖心的頂面設有一上小下大的軸壓柱塞，軸壓柱塞的上部伸出所述殼蓋，軸壓柱塞的軸肩與殼蓋之間構成一軸壓腔體；所述軸壓柱塞內設有軸向貫通的注壓孔；所述鉆進機構的鉆桿由巖心夾持機構下方密封穿過夾持器外殼底部并垂直抵頂在巖心底部，所述鉆桿內設有鉆井液孔；所述第一施壓機構包括通過第一恒壓管路連接于注壓孔的第一恒壓泵、通過軸壓管路連通于軸壓腔體的軸壓泵和通過圍壓管路連通于圍壓腔的圍壓泵；所述第二施壓機構包括通過第二恒壓管路連接于鉆井液孔的第二恒壓泵和通過氣源管路連接于鉆井液孔的高壓氣源；各管路中分別設有壓力傳感器；所述第一施壓控制管路和第二施壓控制管路均由過濾器、回壓器和流量計串接構成，各回壓器的控制口分別與高壓氣源連接并設有壓力傳感器，所述第一施壓控制管路連通于軸壓柱塞的注壓孔，所述第二施壓控制管路連通于井底模擬腔體；各施壓機構及回壓器的壓力傳感器和流量計與計算機電連接。

在本發明的一較佳實施方式中，所述夾持器外殼由貫通的上殼體和凹形的下殼體固定密封對接構成；所述下殼體固定設置在一實驗臺上；所述下殼體的底部設有一透孔，該透孔中安裝有用于穿設鉆桿的鉆桿密封件；所述圍壓筒和巖心設置在上殼體內，所述下殼體的內腔形成所述的井底模擬腔體；該下殼體側壁設有回流孔，所述第二施壓控制管路連通于該回流孔。

在本發明的一較佳實施方式中，所述上殼體的底部外側和下殼體的頂部外側分別設有對應的環形凸緣，上、下殼體的凸緣對接后由一環形卡箍將對接的兩凸緣固定。

在本發明的一較佳實施方式中，所述上殼體的側壁設有圍壓孔，所述圍壓管路連通于該圍壓孔；所述殼蓋的頂部設有軸壓孔，所述軸壓管路連通于該軸壓孔。

在本發明的一較佳實施方式中，所述鉆進機構通過一支架固定設置在下殼體下方；所述鉆進機構包括一鉆壓模擬腔體，該鉆壓模擬腔體內設有一軸向密封滑動的活塞，該活塞的上下活塞桿分別伸出鉆壓模擬腔體的上下兩端，所述活塞中設有軸向貫通活塞桿的通孔，所述鉆桿由下方穿過該通孔和夾持器外殼底部并垂直抵頂在巖心底面，所述鉆桿與通孔之間設有軸承，該鉆桿頂端設有鉆頭，鉆桿由一驅動裝置驅動旋轉；所述鉆壓模擬腔體下部側壁設有鉆壓注入孔，該鉆壓注入孔與高壓氣源連通。