[發(fā)明專利]一種氣體鉆井模擬卡鉆解卡的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110506660.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113063617A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李皋;劉天宇;陳一健;肖東;李紅濤;王柯達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01D21/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種氣體鉆井模擬卡鉆解卡的實(shí)驗(yàn)裝置，包括系統(tǒng)支架（8）、導(dǎo)向軸（2）、上安裝板（3）、下安裝板（6）、旋轉(zhuǎn)軸（4）、模擬井筒（12）、巖屑入料及收集口（7）、模擬鉆桿（10）、模擬鉆頭（13）、夾持器（1）、震擊器（11）、氣體入口（29）、步進(jìn)電機(jī)（20）、主動(dòng)輪（24）、從動(dòng)輪（5）、空氣壓縮機(jī)（15）、儲氣罐（17）、流量計(jì)（21）、氣缸（19）、數(shù)據(jù)采集/控制箱（26）和計(jì)算機(jī)（27），其特征在于，所述系統(tǒng)支架（8）上端面固定四根導(dǎo)向軸（2），導(dǎo)向軸通過導(dǎo)向孔（30）穿過上安裝板（3）和下安裝板（6），旋轉(zhuǎn)軸（4）位于上安裝板和下安裝板之間，旋轉(zhuǎn)軸為中空；所述系統(tǒng)支架上部、下部分別設(shè)置橫梁，在兩個(gè)橫梁之間固定模擬井筒（12），模擬井筒頂部設(shè)置巖屑入料及收集口（7），模擬井筒內(nèi)有模擬鉆桿（10），所述模擬鉆桿底部連接模擬鉆頭（13），頂部穿過系統(tǒng)支架上端面和旋轉(zhuǎn)軸的中空部分，到達(dá)上安裝板；所述上安裝板有一個(gè)凸起的空腔，夾持器（1）位于空腔內(nèi)，夾持器夾持并固定震擊器（11），使震擊器位于模擬鉆桿內(nèi)，該空腔設(shè)置氣體入口（29），使氣體能夠從模擬鉆桿上端流入、下端吹出；所述下安裝板固定并連接步進(jìn)電機(jī)（20），步進(jìn)電機(jī)的主動(dòng)輪（24）通過履帶和從動(dòng)輪（5）相連，從動(dòng)輪固定于旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)固定模擬鉆桿，通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬鉆桿的軸向旋轉(zhuǎn)；所述空氣壓縮機(jī)（15）依次連接儲氣罐（17）、流量計(jì)（21），從流量計(jì)分出兩根管線，一根管線經(jīng)過壓力表（28）連接氣體入口（29），另一根管線經(jīng)過另一壓力表（23）連接氣缸（19），所述氣缸固定在系統(tǒng)支架上，氣缸內(nèi)部可伸縮的金屬桿與下安裝板連接，注氣后氣缸的氣壓使模擬鉆桿沿導(dǎo)向軸方向運(yùn)動(dòng)；所述震擊器、步進(jìn)電機(jī)、壓力表均連接數(shù)據(jù)采集/控制箱（26）和計(jì)算機(jī)（27）。

2.如權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井模擬卡鉆解卡的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述上安裝板與下安裝板之間有兩根金屬桿用于支撐，金屬桿上端穿過上安裝板通過緊固螺絲向下固定壓緊，下端穿過下安裝板通過緊固螺絲向上固定壓緊。

3.如權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井模擬卡鉆解卡的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述巖屑入料及收集口處設(shè)置收集袋。

4.如權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井模擬卡鉆解卡的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述模擬井筒的底部可拆卸，便于巖屑顆粒的傾瀉與收集。

5.利用權(quán)利要求1、2、3或4所述的裝置進(jìn)行氣體鉆井模擬卡鉆解卡的方法，過程如下：

（1）當(dāng)測量巖屑堆積后模擬鉆桿扭轉(zhuǎn)過程的扭矩時(shí)，通過數(shù)據(jù)采集/控制箱接通電源，步進(jìn)電機(jī)開始工作，步進(jìn)電機(jī)通過主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪，旋轉(zhuǎn)軸通過固定模擬鉆桿，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)模擬鉆桿的扭轉(zhuǎn)，捕捉模擬鉆桿由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)扭矩，扭矩參數(shù)被數(shù)據(jù)采集/控制箱記錄，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲；

（2）當(dāng)測量巖屑堆積后模擬鉆桿的提拉力時(shí)，通過空氣壓縮機(jī)給儲氣罐注氣，儲氣罐給氣缸注氣，氣缸的氣壓使模擬鉆桿沿著導(dǎo)向軸方向運(yùn)動(dòng)，捕捉模擬鉆桿由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)壓力即提拉力，壓力參數(shù)被數(shù)據(jù)采集/控制箱記錄，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲；

（3）當(dāng)觀測不同注氣量、注氣壓力對堆積物的影響程度時(shí)，儲氣罐向氣體入口注氣，氣體從模擬鉆桿底部吹出，氣體經(jīng)過模擬鉆頭向外擴(kuò)散，吹動(dòng)巖屑運(yùn)移，捕捉堆積巖屑顆粒大量吹出井口的壓力和注氣量，壓力參數(shù)被數(shù)據(jù)采集/控制箱記錄，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲，注氣量從流量計(jì)讀取；

（4）當(dāng)巖屑不能順利從模擬井筒底部傾瀉或者頂部井口處吹出時(shí)，通過數(shù)據(jù)采集/控制箱給震擊器通電，震擊器通電后高頻率震動(dòng)使巖屑松動(dòng)掉落，對比震擊器接通電源持續(xù)震動(dòng)和關(guān)閉電源靜止不動(dòng)時(shí)的提拉力、扭矩以及注氣量、注氣壓力的數(shù)值。