[發明專利]一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置及方法

在審

• 申請號: 202111094128.5
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113628525A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 魏納;張超;郭柏云;李海濤;孫萬通;張耀;薛瑾
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置，由供氣單元、井筒模擬單元、排氣及巖屑處理單元、數據及視頻采集單元和計算機處理單元組成，其特征在于，所述供氣單元包括空壓機（1）、穩壓罐（3）、氣體流量計（5）、三通閥門（6）和除水器（7），空壓機（1）依次連接穩壓罐（3）、三通閥門（6）和除水機（7），除水機與井筒模擬單元的進氣口相連，穩壓罐和三通閥門的連接管線上設置氣體流量計（5）；所述井筒模擬單元包括外管（13）、內管（12）、偏心鉆頭（14）、電機及錐形齒輪（21）、進氣口（9）、出氣口（25）、填砂口（15）、排砂口（17）、轉動軸（11）和支架（30），外管（13）模擬井筒，內管（12）模擬鉆柱，外管通過轉動軸（11）固定于支架（30）上，外管設置進氣口（9），進氣口連接除水機（7）；內管連接電機及錐形齒輪（21），偏心鉆頭（14）固定于內管底部，電機帶動內管及偏心鉆頭轉動，偏心鉆頭下方有足夠預留空間用于填砂模擬井底狀況；外管底部設置填砂口（15）、排砂口（17）；內管頂部設置出氣口（25），內管通過出氣口連接排氣及巖屑處理單元的排氣管；進氣口、外管底部和出氣口分別設置壓力傳感器（10、16、24）；所述排氣及巖屑處理單元包括排氣管（26）、排屑管（27）和巖屑池（28），排氣管（26）與井筒模擬單元的出氣口（25）相連，排氣管連接排屑管（27），排屑管出口位于巖屑池（28）上方；所述數據及視頻采集單元包括壓力傳感器（10、16、24）、氣體流量計（5）和攝影機（29），壓力傳感器連接計算機處理單元；所述計算機處理單元包括數據采集盒（32）和計算機（31）。

2.如權利要求1所述的一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置，其特征在于，所述偏心鉆頭（14）設置一個偏心水眼（33），作為氣體攜帶井底巖屑上返至環空的通道。

3.如權利要求1所述的一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置，其特征在于，所述內管與外管的連接處設置O型密封膠圈（18）、Y型密封膠圈（19）、法蘭（20），內管與排氣管的連接處設置 O型密封膠圈（22）、法蘭（23）。

4.如權利要求1所述的一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置，其特征在于，所述井筒模擬單元的內管、外管為有機玻璃材質，攝影機能夠觀察管中巖屑運移情況。

5.如權利要求1所述的一種模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的裝置，其特征在于，所述壓力傳感器與管線連接處設有填料密封，確保整個裝置的氣密性。

6.利用權利要求1、2、3、4或5所述的裝置模擬氣體鉆井反循環偏心流場攜巖的方法，依次包括以下步驟：

（1）通過填砂口，將一定粒徑的砂粒裝入內管與外管底部的空間；

（2）通過轉動軸調節井筒角度，開啟空壓機、除水機，向穩壓罐注入空氣，達到預設壓力；

（3）啟動電機及錐形齒輪，帶動內管及偏心鉆頭轉動；

（4）調節穩壓罐閘閥，獲得穩定流量的氣流，通過三通閥門向井筒模擬單元的進氣口供氣；

（5）攝影機觀察管中巖屑運移情況并采集圖像信息，數據采集盒采集壓力流量數據；

（6）逐漸調大流量，重復上述步驟，當該流量下將全部砂粒攜出井筒時，即可確定砂粒的啟動流量；

（7）啟動流量確定后，在啟動流量之上進行不同流量的實驗，在穩定的氣流通入進氣口時開始計時，在砂粒被全部攜出時停止，計算該流量下的排屑速率；

（8）繪制流量與排屑速率、壓力與時間的關系曲線。