[發明專利]深水噴射下導管鉆井實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201410191774.7
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN105089498B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 柯珂;路保平;陳天成;張輝;王磊;白彬珍;張進雙;孫連環;王果
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/14
• 分類號: E21B7/14
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明屬于海洋工程及石油鉆井技術領域，涉及一種用于深水噴射下導管鉆井室內模擬和作業參數測試實驗平臺及方法，特別涉及一種能夠模擬深水鉆井的導管井段噴射鉆進的室內模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

深水鉆井作業風險大、費用高。目前深水鉆井導管井段所采用的噴射下導管鉆井的基本工藝流程為：將噴射鉆具組合(由鉆頭和馬達等組成)置于導管內部，并與導管送入工具相連，鉆頭位于導管內部或伸出導管鞋一定長度。當導管到達泥線處時，依靠其自身的重量鉆入地層中，并開泵驅動馬達使鉆頭旋轉，循環鉆井液將巖屑從導管與鉆柱的環空返出井筒。當導管下至設計深度時，經過一定時間的靜止，使導管與地層巖土之間建立足夠的膠結強度，滿足后續作業導管的承載要求。此種作業方式節省了固井和一趟起下鉆時間，較大的提高了深水鉆井前期作業效率并節約了作業成本，因此逐漸成為深水鉆井的主流作業方式。噴射下導管鉆井參數選取的合理與否直接決定了導管井段鉆井質量的高低，因此研究導管井段噴射下入參數與導管承載能力的相互作用規律對噴射下入參數的優化設計具有重要意義。但目前現有技術中尚未見關于深水噴射下導管鉆井模擬實驗裝置的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種深水噴射下導管鉆井實驗裝置，其能通過模擬深水噴射下導管鉆井環境和作業流程進而為研究深水噴射下導管的參數提供平臺。

本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的深水噴射下導管鉆井實驗裝置，包括：土箱，內裝有用于構造深水噴射海底環境的巖土；管柱系統，設在土箱內；起吊系統，用于起吊管柱系統；供排水系統，與土箱連接以用于將污水排出和將清水送入；加載系統，對管柱系統施加橫向和縱向的載荷；和測量系統，與管柱系統連接，用于測量和記錄在噴射過程中管柱系統的位移、變形和受力。

與現有技術相比，本發明具有以下優點。供排水系統能夠模擬導管噴射下入過程中海水或海水基鉆井液的流動過程，土箱能模擬海底的土壤環境，管柱系統能模擬用于噴射的導管實體，起吊系統能模擬導管的下入過程，加載系統能模擬管柱系統中的導管在作業過程中所受到的橫、縱向載荷，測量系統能對下入及加載過程中管柱系統的位移、變形和受力情況進行記錄和分析。整個實驗裝置能模擬深水噴射下導管的鉆井作業，并對模擬導管的受力與變形進行測量和記錄。測量結果能作為研究深水鉆井導管噴射下入的影響因素及影響規律的依據，以及噴射作業參數的優化設計方法的研究具有重要的參考價值。而且通過模擬深水噴射下導管鉆井環境和作業流程也能為研究深水噴射下導管的優化參數，如不同的巖土性質條件下的較優的噴射參數與導管下入速度和承載能力之間的互相關系，提供研究平臺。

在一個實施例中，起吊系統包括起重天車、吊纜和測力計，起重天車通過吊纜與管柱系統連接，測力計設在吊纜上以測量管柱系統對吊纜的作用力。通過起吊系統來放入或提升管柱系統，通過測力計能測量管柱系統在作業過程中自重與其受到的摩擦阻力之和。

在一個實施例中，管柱系統包括：

導管，設在土箱內；

鉆桿，設在導管內；

扶正器，設在導管內以保證鉆桿在導管內的居中度；和

鉆頭，與鉆桿的下端連接，其安裝在導管內時頭部突出導管的下端面。扶正器能保證在作業過程中導管不容易產生偏斜。保證在作業過程中導管和鉆頭受到的摩擦阻力與實際深水噴射下導管鉆井相接近。

在一個優選的實施例中，所述扶正器與鉆桿為螺紋連接，鉆頭與鉆桿為螺紋連接。扶正器與鉆桿、鉆頭與鉆桿均為螺紋連接，連接牢靠，相互之間沒有相對運動。

在一個實施例中，加載系統包括：

橫向加載組件，對管柱系統的導管頂部施加橫向載荷；

位移傳感器，對導管頂部的橫向位移及縱向位移進行測量；

縱向加載組件，用于對導管頂部施加縱向載荷；和

剪力墻，設在土箱兩側以用于承受橫向加載時的反力。加載系統對管柱系統中的導管施加橫向載荷和縱向載荷以模擬導管受到的橫向作用力和縱向作用力，從而能使實驗測量結果與實際工況更接近。

在一個實施例中，供排水系統為循環水系統，其包括：

供排水系統為循環系統，其包括：

污水箱，與土箱連接；

過濾器，與污水箱連接；

清水罐，與過濾器連接；和