[實用新型]一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置

有效

• 申請號: 201720628095.0
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN206725563U
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 高昀涵;李永杰
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及控壓鉆井技術領域的一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置。

背景技術

控壓鉆井(MPD)是指對環空壓力剖面進行精確控制的鉆井技術，它是針對鉆井液窄密度安全窗口的一種鉆井新技術。所謂窄密度窗口就是指鉆井過程中的環空循環壓耗大于或等于地層孔隙壓力與破裂壓力之差，若在靜止狀態下環空靜液柱壓力小于地層孔隙壓力，直接導致溢流產生；若在循環狀態下，井底壓力大于地層破裂壓力，直接導致鉆井液漏失。目前國內外對控壓鉆井的研究主要集中在控壓鉆井設備的研發，而對于環空水力特性理論計算方面略顯欠缺。環空水力特性是控壓鉆井技術的一個重要組成部分，精確的環空水力特性理論不僅可用于控壓鉆井水力參數設計，而且還能指導現場的工程師準確地判斷和處理井下出現的復雜情況和優化施工參數，預測可能出現的風險。因此，對于控壓鉆井而言對鉆進過程中環空水力學特性規律有必要在實驗室內進行研究；若能發明一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置對鉆井過程中環空水力學特性進行研究，這將對現場實際工程具有重要的指導意義。

發明內容

本實用新型目的是：提供了一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

本實用新型一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置，主要由計算機監測系統、壓力傳感器、法蘭、電機、混合物出口、三相分離器、小型流化床干燥器、內管、外管、巖屑收集桶、電磁式空氣泵、氣體流量計、球閥A、氣體進口、液固兩相進口、鉆頭、封隔塊、巖屑漏斗、球閥B、液體流量計、水泵、油基鉆井液儲罐、鹽水鉆井液儲罐、鈣基鉆井液儲罐、止回閥和高速攝像機組成。電磁式空氣泵依次與氣體流量計、球閥A和氣體進口相連；油基鉆井液儲罐、鹽水鉆井液儲罐和鈣基鉆井液儲罐采用并聯連接，并與水泵、液體流量計、球閥B和液固兩相進口相連；電機與內管和鉆頭相連。在外管左邊最上部和最下部分別設有一個壓力傳感器，用于監測整個實驗過程中壓力的變化情況；內管采用透明亞克力玻璃制作而成，承壓1.5MPa；外管采用透明PC材料制作而成，承壓1.5MPa；且內管壁厚是外管壁厚的1.5倍；巖屑漏斗內的巖屑顆粒平均粒徑為1mm。在法蘭內安裝有軸承和密封圈，用于電機帶動內管轉動時讓內管不與法蘭發生碰撞；內管下部設有封隔塊，用于防止實驗過程中混合物往上流。在整個實驗模擬過程中電磁式空氣泵提供的少量氣體模擬實際工況下發生地層產氣，巖屑漏斗內的巖屑顆粒模擬實際工況下發生地層出砂，電機帶動內管和鉆頭轉動模擬實際工況下的鉆井過程。

本實用新型的優點：使用方便快捷，能很好的模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力特性變化規律；整個實驗對鉆井液和巖屑顆粒進行重新回收使用，節約資源。

附圖說明

圖1是本實用新型一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置的結構示意圖。圖中：1.計算機監測系統，2.壓力傳感器，3.法蘭，4.電機，5.混合物出口，6.三相分離器，7.小型流化床干燥器，8.內管，9.外管，10.巖屑收集桶，11.電磁式空氣泵，12.氣體流量計，13.球閥A，14.氣體進口，15.液固兩相進口，16.鉆頭，17.封隔塊，18.巖屑漏斗，19.球閥B，20.液體流量計，21.水泵，22.油基鉆井液儲罐，23.鹽水鉆井液儲罐，24.鈣基鉆井液儲罐，25.止回閥，26.高速攝像機。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，本實用新型一種模擬控壓鉆井不同鉆井液環空水力學特性影響的裝置，主要由計算機監測系統1、壓力傳感器2、法蘭3、電機4、混合物出口5、三相分離器6、小型流化床干燥器7、內管8、外管9、巖屑收集桶10、電磁式空氣泵11、氣體流量計12、球閥A13、氣體進口14、液固兩相進口15、鉆頭16、封隔塊17、巖屑漏斗18、球閥B19、液體流量計20、水泵21、油基鉆井液儲罐22、鹽水鉆井液儲罐23、鈣基鉆井液儲罐24、止回閥25和高速攝像機26組成。電磁式空氣泵11依次與氣體流量計12、球閥A13和氣體進口14相連；油基鉆井液儲罐22、鹽水鉆井液儲罐23和鈣基鉆井液儲罐24采用并聯連接，并與水泵21、液體流量計20、球閥B19和液固兩相進口15相連；電機4與內管8和鉆頭16相連。

如圖1所示，具體模擬過程為：首先檢查所有閥門是否全部關閉，檢查完畢后先打開鈣基鉆井液儲罐24左右兩邊的止回閥25、球閥B19、與液固兩相進口15相連的球閥、與三相分離器6相連的球閥和水泵21，使鈣基鉆井液先在環空內循環起來，模擬實際工況下鉆井液的循環過程；然后打開電機4，讓鉆頭16轉動起來，接著打開巖屑漏斗18下部的閥門，使巖屑顆粒隨著鈣基鉆井液一起在環空內循環，此時觀察巖屑顆粒加入前后計算機監測系統1內壓力曲線變化情況；待計算機監測系統1內顯示的壓力趨于穩定后，接著打開球閥A13和電磁式空氣泵11，讓少量的氣體進入環空內，模擬地層產生少量的氣體。通過計算機監測系統1可清楚的觀察到注入少量氣體前后環空壓力變化情況，鈣基鉆井液、巖屑顆粒和氣體一起從混合物出口5流出后進入三相分離器6進行分離，分離出的氣體直接排入大氣中，分離出的巖屑顆粒進入小型流化床干燥器7進行干燥后進入巖屑收集桶10進行重新循環使用，分離出的鈣基鉆井液直接進入鈣基鉆井液儲罐24進行重新循環使用，即對鈣基鉆井液的控壓鉆井環空水力特性模擬結束。使用同樣的方法分別對鹽水鉆井液和油基鉆井液進行模擬，得到三種鉆井液環空水力特性曲線，將這三種特性曲線放到一個坐標系下進行對比可得到不同鉆井液環空水力特性規律。整個實驗過程通過高速攝像機26進行記錄，其實驗結果與實驗現象將對現場實際工程具有重要意義。