[發明專利]定向鉆井過程模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201710337959.8
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN106948758B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 劉永旺;管志川;史玉才;廖華林;林英松;黃根爐
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 欒瑜

本發明提供了一種定向鉆井過程模擬實驗裝置，屬于石油工程領域，能夠完成實鉆工況下鉆柱靜態屈曲實驗研究、鉆柱動力學行為實驗研究，工況參數對鉆進趨勢影響規律研究、鉆具組合性能評價及優化研究、新型導向工具設計及功能特征研究等研究目標，實現井下各因素聯合作用下鉆井過程模擬及研究的目的。該定向鉆井過程模擬實驗裝置包括底座，底座上可轉動地架設有控制軸，控制軸可偏擺地連接有調節面板，控制軸和調節面板的偏擺軸相對設置；調節面板中部設置有偏擺單元，所述偏擺單元包括用于控制調節面板偏擺角度的偏擺軌道，偏擺軌道內設置有可與偏擺軌道配合的偏擺控制件，偏擺控制件固定于控制軸上。

技術領域

本發明涉及石油工程領域，尤其涉及石油工程實驗設備領域,具體涉及一種定向鉆井過程模擬實驗裝置。

背景技術

定向鉆井技術是當前開發常規與非常規油氣資源的最主要技術，定向井軌跡預測、控制是實現該技術的關鍵問題。由于定向井鉆進過程中，鉆進趨勢受到已有井眼形狀、鉆具組合、鉆頭特征、所鉆地層性質、已鉆井眼空間形態等多種因素的綜合影響，使得定向井鉆進趨勢精確預測與控制成為定向井領域面臨的難點。現有鉆進趨勢預測方法多局限性的考慮了影響定向井軌跡的單個因素或個別幾個因素，預測出的結果多與現場鉆進效果存在較大差異。現有軌跡控制方法均基于軌跡預測，控制效果與預想差異明顯的問題常有發生。開展多因素下定向井軌跡控制過程及各因素對軌跡影響規律和影響機制研究對定向井軌跡預測、定向井軌跡控制、井下鉆具設計及調整均具有重要意義。

作為基礎研究方法的實驗研究方法因其直觀性、客觀性的特點而成為最受關注手段，研發能夠滿足上述需求的實驗裝置成為急需解決的問題。然而，已有實驗裝置局限性的將軌跡趨勢影響因素限定為鉆具組合或者鉆頭，未能全面引入實鉆工況中的其他各個因素，導致所獲得的規律亦不能廣泛的揭示實鉆時軌跡的各種變化規律。因此，亟需研制出一套可揭示不同因素對井眼鉆進趨勢的影響機制、展示多因素協同作用下井眼延伸形態變化規律的定向鉆井過程模擬實驗裝置。以滿足鉆井科學研究過程中，定向井不同鉆具組合改變井眼趨勢的機理研究，地質因素及鉆進參數對軌跡控制效果影響研究，及綜合考慮各因素情況下，井眼趨勢的變化規律等研究的需要。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種定向鉆井過程模擬實驗裝置，該裝置能夠完成實鉆工況下鉆柱靜態屈曲實驗研究、鉆柱動力學行為實驗研究，工況參數對鉆進趨勢影響規律研究、鉆具組合性能評價及優化研究、新型導向工具設計及功能特征研究等研究目標，實現井下各因素聯合作用下鉆井過程模擬及研究的目的。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：定向鉆井過程模擬實驗裝置,包括底座，底座上可轉動地架設有控制軸，控制軸可偏擺地連接有調節面板，控制軸和調節面板的偏擺軸相對設置；

所述調節面板中部設置有偏擺單元，所述偏擺單元包括用于控制調節面板偏擺角度的偏擺軌道，偏擺軌道內設置有可與偏擺軌道配合的偏擺控制件，偏擺控制件固定于控制軸上；

所述調節面板上部設置有鉆進狀態控制單元,鉆進狀態控制單元一端連接模擬鉆柱，模擬鉆柱外部套設有模擬井筒，模擬鉆柱和模擬井筒的下端連接模擬地層，所述模擬井筒的下端還連接有側向力施加單元，所述模擬地層一側連接有地層受力測試單元。

進一步的，所述鉆進狀態控制單元包括設置于所述調節面板表面的電機提升軌道，電機提升軌道上設置有用于帶動模擬鉆柱旋轉的電機，電機上部設置有鉆壓施加器，鉆壓施加器一側連接有鉆壓控制器，電機一側還連接有電機轉速控制器。

進一步的，所述模擬井筒上端設置有井筒定位總成，所述模擬井筒下端設置有井筒曲率調節總成，所述調節面板表面還設置有可滑動上述井筒曲率調節總成的井筒曲率調節軌道。

進一步的，所述地層受力測試單元包括與模擬地層連接的受力測試儀和與受力測試儀連接的受力顯示器，設置于所述井筒曲率調節軌道下方用于滑動上述模擬地層的位置調節軌道和姿態調節軌道；所述模擬地層上設置有配合上述位置調節軌道和姿態調節軌道的位置調節滑道和姿態調節滑道。