[發明專利]深部冰層電動機械取心鉆具循環系統實驗裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201310237945.0
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103277295A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 達拉拉伊帕維爾;楊成;鄭治川;曹品魯;張楠;韓煒;付成偉;胡正毅;于超然;薛軍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本發明專利涉及深部冰層電動機械取心鉆具實驗裝置及測試方法，特別涉及一種深部冰層電動機械取心鉆具循環系統實驗裝置及測試方法。

背景技術

目前，在深部冰層鉆探取冰心工作過程中，冰屑的徹底清除是冰心鉆取成功的關鍵要求之一，否則，冰屑將在鉆頭上部附近形成堆積的冰環，影響鉆進效率，最終可能會導致卡鉆事故。在深部冰層電動機械鉆進中，通常是通過井下水泵帶動鉆井液形成孔底局部反循環，將冰屑從孔底帶出并收集到冰屑室，因此，泵的流量和出口壓力是影響排屑的關鍵因素。測試水泵的壓力流量關系，分析現有循環系統及井下水泵的性能，對深部冰層電動取心鉆具而言是非常必要的，但目前尚沒有相應的實驗裝置和測試方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決在深部冰層電動機械取心鉆具的循環系統部分，水泵的壓力、流量等性能參數無法準確獲得以及循環系統的排屑能力無法檢測的問題，從而提供一種深部冰層電動機械取心鉆具循環系統實驗裝置及測試方法。

本發明所述的深部冰層電動機械取心鉆具循環系統實驗裝置是由井筒、鉆具、水泵和信號檢測裝置組成，其中井筒固定在底座上，井筒與底座之間密封，井筒的上端設有頂蓋，底座上固定有中心連接軸，中心連接軸的外壁與底座之間密封，中心連接軸是空心的，鉆具設在井筒的內腔中，鉆具的外壁與井筒的內壁之間形成有環流通道，鉆具通過連接件與中心連接軸相樞接，鉆具能夠圍繞中心連接軸進行轉動，中心連接軸的內腔與鉆具的內腔相連通，水泵設在鉆具的內腔中，鉆具的側壁上與水泵的出口相對應處開設有出液口，底座的一側開設有流液口，流液口與中心連接軸的內腔相連通，流液口上設有流量控制閥，鉆具的內腔通過側壁上開設的出液口與鉆具和井筒之間的環流通道、底座上的流液口以及中心連接軸的內腔形成一循環通道，鉆具由電動機驅使轉動，信號檢測裝置是由兩個溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、轉速傳感器、磁鐵和電腦組件組成，其中一個溫度傳感器設在井筒的外壁上用于檢測井筒內鉆井液的溫度，另一個溫度傳感器隨機設置在井筒的外部進行外部環境的溫度檢測，流量傳感器設在中心連接軸頂端內腔的出口處，壓力傳感器通過井筒上開設的通孔安裝在井筒的側壁上，壓力傳感器安裝的位置與鉆具側壁上出液口的位置相應用于水泵出口壓力數據采集，轉速傳感器通過井筒側壁的通孔安裝在井筒的側壁上，磁鐵設在與轉速傳感器所對應位置的鉆具外壁或連接件的外壁上，通過磁鐵發出的感應信號轉速傳感器就能夠及時采集到鉆具的轉速數值，兩個溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和轉速傳感器通過連接線與電腦組件相連接，兩個溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和轉速傳感器采集的信息通過電腦組件顯示并進行處理。

鉆具通過連接件上下兩個軸承與中心連接軸相樞接。

中心連接軸通過螺接方式固定在底座上。

本發明所述的深部冰層電動機械取心鉆具循環系統實驗裝置的工作原理如下所述：

鉆具的內腔通過側壁上開設的出液口與鉆具和井筒之間的環流通道、底座上的流液口以及中心連接軸的內腔形成一循環通道，鉆具在電動機驅使轉動過程中，開動鉆具內的水泵工作，使井筒內的鉆井液按照上述循環通道進行循環，此時，安裝在不同位置處的溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和轉速傳感器就會把采集到的相應信息傳輸到電腦組件顯示并進行相應的歸納、分析和處理。

本發明所述的深部冰層電動機械取心鉆具循環系統測試方法如下所述：

第一步：將流量傳感器安裝在中心連接軸的頂端內腔的出口處，用于測量鉆井液流量；

第二步：將磁鐵安裝在鉆具的外壁或連接件的外壁上，并將轉速傳感器安裝在井筒的外壁與磁鐵對應的位置處，用于測量鉆具的轉速；

第三步：將壓力傳感器安裝在井筒側壁與鉆具側壁上出液口對應的位置處，用于測量水泵的出口壓力；

第四步：將其中一個溫度傳感器安裝在井筒的外壁上，用于檢測鉆井液溫度；另一個溫度傳感器隨機設置在井筒外部，用于測量井筒外部環境溫度；

第五步：將流量傳感器、壓力傳感器、兩個溫度傳感器以及轉速傳感器通過相應的信號線與電腦組件連接，將檢測的所有信號經電腦組件相應模塊轉換、放大后由組態軟件實時動態顯示；

第六步：將需要測試的鉆具安裝在鉆具連接件上，向井筒內注入需要測量的鉆井液，啟動鉆具、以及鉆具內腔中的水泵工作，調節流量控制閥，鉆井液開始循環，改變鉆井液流量，測量相關參數。

本發明的有益效果：