[發明專利]一種單個巖屑受力分析實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201310176484.0
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103321637A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 孫寶江;蔣世全;殷志明;高永海;羅洪斌;李昊;郝希寧;王金波;程龍軍
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種石油鉆探實驗裝置及實驗方法，特別是關于一種模擬海洋深水鉆井過程中的單個巖屑受力分析實驗裝置及實驗方法。

背景技術

安全、高效地進行深水鉆探是開發利用海洋石油資源的一個基本前提。在深水鉆井中，隨著大位移井及復雜結構井鉆井技術的不斷發展，井眼清潔及檢測是鉆水平井尤其是大位移水平井的技術難點，一旦井眼得不到及時清潔形成巖屑床，將會影響機械鉆速，導致鉆具扭矩增大甚至扭斷，還會引起卡鉆等事故的發生，造成鉆井成本增加，影響工程進度等。深水鉆井中由于水深的影響，大直徑、長距離的隔水管內攜巖困難，要保持井眼的有效清潔，通常需要較大的泥漿排量，而泥漿排量大又容易引起井壁穩定問題。因此，深水鉆井循環過程中，在保持有效攜巖的情況下，選擇盡量小的泥漿排量對鉆井安全非常重要，而深水低溫的環境對鉆井液性能的影響顯著，鉆井液黏度和切力的改變使深水攜巖與常規陸地上鉆井不同。由于溫度降低帶來鉆井液性能的改變,對不同粒徑巖屑上返速度的影響程度不同，所以目前按攜巖中巖屑濃度標準進行的排量選擇都未能考慮深水低溫對攜巖的影響，因此導致計算所得泥漿排量偏大。

在隔水管環形通道中，液-固兩相混合物在通道中的流動機理及動力學特性非常復雜，其主要體現在：①液相與固相之間相互作用，其中包括粘滯阻力、升力和浮力等。②鉆井液液相處于紊流狀態。③顆粒與壁面間的作用，其主要表現為顆粒與壁面的隨機碰撞。④由于固相顆粒之間的隨機碰撞伴隨著動量的傳遞與能量的耗散，所以巖屑在環形通道中的運移軌跡是不定的，其速度的測量仍無法采用合適的儀器與方法。

因此，井眼清潔及檢測技術的關鍵是掌握環空巖屑運移規律。建立工程模型，分析巖屑運移規律，準確預測環空中巖屑堆積、成床時間，判斷處理井下復雜情況，通過監測巖屑運移狀況確保井眼清潔是大位移井鉆井施工安全。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠方便地檢測巖屑的受力狀況、同時還能夠分析研究巖屑受力運移規律的單個巖屑受力分析實驗裝置及實驗方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種單個巖屑受力分析實驗裝置，其特征在于：它包括一底部封閉的隔水管段，所述隔水管段的頂部中心套設有一鉆柱，所述鉆柱下端安裝有一鉆頭；所述隔水管段與鉆柱之間形成一環形通道；所述隔水管段的頂部一側安裝有一用于更換巖屑的密封閥門，所述隔水管段另一側管壁的上部通過管道連接一鉆井液循環罐，所述鉆井液循環罐通過管道連接一鉆井液灌注泵，所述鉆井液灌注泵的通過管道連通所述鉆柱的頂口；所述環形通道中設置有一用于測量的密封箱，所述密封箱的頂部設置有一密封孔和保護罩，所述密封孔內注入有密封液，所述密封孔內穿設有一不銹鋼條，所述不銹鋼條的底部安裝有一個滑動密封圈，所述密封箱側壁與所述隔水管段之間固定連接有一線管；所述隔水管段外面設置有一應變儀和一計算機，所述應變儀內設置有一數據采集模塊和一A/D轉化模塊，置于所述密封箱內的所述不銹鋼條上貼附有作為全橋應變片的四塊應變片，每一所述應變片分別通過導線、且穿出所述線管連接所述應變儀的數據采集模塊，所述A/D轉化模塊將四塊所述應變片的形變量轉化為數字信號并通過數據傳輸線輸送給所述計算機，所述計算機通過其內設置的應變分析模塊記錄分析實驗數據，并顯示實驗結果。

所述隔水管段的長度為5米，所述鉆柱的長度為4.5米。

所述密封箱內插入有4/5的所述不銹鋼條，所述不銹鋼條的頂部在所述保護罩內連接所述一不銹鋼絲繩，所述不銹鋼絲繩的另一端穿出所述保護罩連接巖屑。

所述全橋應變片的四塊應變片均采用敏感柵電阻加工制作。

所述應變儀讀出的應變值與真實值的關系為：ε_ds=4ε_p，將所述巖屑受到的總力放大四倍。