[發(fā)明專利]一種鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112033658B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建國;朱梓旭;朱海燕;董潤;代繼樑;嚴(yán)宇杰;王寶寶;方世紀(jì)
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)及方法。由支撐模擬系統(tǒng)、伸縮模擬系統(tǒng)、扭轉(zhuǎn)模擬系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制執(zhí)行系統(tǒng)、電腦組成。利用液壓活塞提供支撐力、牽引力及扭矩，液壓的壓力由壓力泵提供，壓力由電磁溢流閥控制，雙作用液壓由三位四通電磁換向閥進(jìn)行控制，支撐力、牽引力、扭矩?cái)?shù)據(jù)由拉壓傳感器采集。本發(fā)明目的在于提供一種鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)及方法，測量鉆井牽引機(jī)器人支撐力、牽引力、扭矩等關(guān)鍵參數(shù)，縮短鉆井牽引機(jī)器人研發(fā)周期，降低鉆井牽引機(jī)器人實(shí)驗(yàn)成本，為支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考，促進(jìn)鉆井牽引機(jī)器人的理論研究與工程推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉆完井領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的提高，我國對能源的需求飛速增長，能源供需矛盾日益突出，石油天然氣對外依存度逐年攀升，2018年我國石油對外依存度上升至69.8％，天然氣攀升至45.3％，大大超過國際公認(rèn)的警戒線，嚴(yán)重威脅我國能源安全。隨著勘探開發(fā)的深入，低滲透、低孔隙等致密油氣(如頁巖氣等)逐漸成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)。例如：據(jù)2018年聯(lián)合國貿(mào)易和發(fā)展會(huì)議報(bào)告顯示，我國頁巖氣儲量為31.6萬億立方米，全球排名第一位。2018年我國頁巖氣產(chǎn)量超百億立方米，作為一種典型的非常規(guī)天然氣資源，我國頁巖氣開發(fā)潛力巨大。四川盆地是我國頁巖氣開發(fā)的主戰(zhàn)場，年產(chǎn)頁巖氣占全國的90％以上。比如近期，中石油西南油氣田的深層頁巖氣評價(jià)井瀘203井取得了重大突破，測試日產(chǎn)量高達(dá)137.9萬立方米，成為國內(nèi)首口單井測試日產(chǎn)量超百萬立方米的頁巖氣井。

為了提高頁巖氣等非常規(guī)油氣開采的綜合經(jīng)濟(jì)效益，大位移水平井越來越受到國內(nèi)外的青睞。因此，開展長水平段鉆井高效安全快速建井技術(shù)研究，對緩解我國能源供需矛盾、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)科學(xué)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。然而，隨著水平井水平段位移的增加，我國油氣開采面臨諸多新的世界性難題：

難題一：鉆柱“托壓”嚴(yán)重，鉆速慢，鉆井周期長。隨井深增加，水平段延長，“托壓”問題突出，機(jī)械鉆速難以有效提高，平均鉆井周期由中淺層的78天激增至196天，鉆井成本顯著增大；

難題二：鉆柱摩阻大，水平段延伸能力不足。MWD與井底的距離較遠(yuǎn)，糾斜、糾方位滯后，井眼軌跡局部曲率大，鉆柱摩阻大，限制了水平段極限延伸長度。水平段延伸能力不足，頁巖氣等非常規(guī)油氣資源無法實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)。

針對長水平段鉆井面臨鉆柱“托壓”嚴(yán)重和水平段延伸“困難”兩大瓶頸問題，國內(nèi)外主要開展了降摩減阻工具和工藝研究，但延伸長度依然有限。由此可見，常規(guī)降摩減阻技術(shù)已無法有效解決水平井鉆井延伸困難的技術(shù)難題。與常規(guī)技術(shù)不同，鉆井牽引機(jī)器人通過拖拽提供軸向拉力的方法，以增加水平井延伸長度。國內(nèi)外針對井下牽引機(jī)器人的研究和應(yīng)用較為成熟；在鉆井牽引機(jī)器人研究方面，雖然美國WWT公司處于領(lǐng)先地位，但未見開展現(xiàn)場應(yīng)用報(bào)道。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：鉆井牽引機(jī)器人能否投入實(shí)際鉆井工程，鉆井牽引機(jī)器人系統(tǒng)的地面實(shí)驗(yàn)評價(jià)數(shù)據(jù)是鉆井牽引機(jī)器人應(yīng)用的前提。在鉆井牽引機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方面，目前發(fā)明了2項(xiàng)專利：CN201710705983.2、CN201710720406.0，但這2項(xiàng)專利僅能開展鉆井牽引機(jī)器人整機(jī)的牽引力、牽引速度及控制實(shí)驗(yàn)，無法測試支撐機(jī)構(gòu)支撐力、牽引力、扭矩參數(shù)，無法開展鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)可靠性評價(jià)實(shí)驗(yàn)，無法開展防阻卡特性實(shí)驗(yàn)。

因此，由于現(xiàn)有鉆井牽引機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要為整機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備周期長、成本居高不下，且無法為支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考，一定程度上制約了鉆井牽引機(jī)器人的理論研究與工程推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鉆井牽引機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)及方法。