[发明专利]一种超深井钻进模拟实验装置

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种超深井钻进模拟实验装置。 

背景技术：

随着人类对能源的迫切需求，油气和矿产开发的区域不断延伸，由1000m以内的浅层井到现在的4500m以上的深井和6000m以上的超深井，钻井的深度越来越深，钻探的难度越来越大。由于深井和超深井的地层具有高温度、高压力的特点，其钻进过程与浅层钻探具有非常大的差别。通常在实验室采用钻进模拟实验对实际钻进过程进行模拟，测试钻进过程的各项参数，实现对钻具、钻头、钻进工艺、岩样、钻井液等的性能测试与评价，通过统计和分析各项参数的关系，指导实际钻进工艺参数的设置和新钻具的开发。 

目前，钻进模拟实验装置都是在常温常压或低温条件下进行的，没有用于模拟超深井高温高压条件下的。“微钻实验台的研制与应用”(煤田地质与勘探，2002，30：63-64)涉及的微钻实验台可实现钻进过程监测、岩样可钻性分级、钻具的性能与寿命等参数，但不能实现超深井高温高压条件的钻进过程模拟。专利CN1176741C涉及的实验装置可以对低温条件下天然气水合物的钻探和开采过程进行模拟，但不能实现对超深井岩石钻进过程的模拟。专利CN101144805A涉及的实验仪可以测试钻井液在高温高压条件下的性能指标，但不能实现钻进过程的模拟。俄罗斯和美国有可用于模拟超深井高温高压条件的台架实验装置，实验装置造价高，体积庞大，不适于室内研究试验。尚未检索到适合实验室使用的在超深井高温高压条件的钻进模拟实验装置。本发明提供一种超深井高温高压条件下的模拟钻进实验装置，可实现超深井模拟钻进过程中的钻进参数监测。 

发明内容：

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种超深井钻进模拟实验装置，实验装置用于模拟超深井的高温高压条件，还可用于模拟钻进过程。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：超深井钻进模拟实验装置，它主要由钻进系统、高压釜系统、岩样加热与加压系统、检测系统和数据采集系统(22)、微机数据处理系统(21)组成。 

所述的超深井钻进模拟实验装置，钻进系统的钻杆通过压力容器(18)的钻杆孔伸入到高压釜系统中，供气与增压通过管道与高压釜的进气口(28)相连接，加热与温控部分位于高压釜系统内部，通过电阻丝进行加热，通过热电偶(5)对岩样的温度进行测试，通过岩样夹持加压机构(24)对岩样进行加压，检测系统主要由钻进参数检测系统和温度、压力检测系统组成，钻进参数检测系统由导线与PLC(22)相连接，温度、压力检测系统由温度传感器和压力表直接读出，PLC(22)与微机数据处理系统(21)相连接。 

所述的钻进系统由架体、动力头系统、钻井液系统、液压系统组成。 

所述的架体由机座(3)、导轨座(14)、立柱(4)组成。机座(3)为整个实验平台的底座，立柱(4)安装在底座两侧，导轨座(14)安装在两个立柱上。架体为整个动力台的支架，安装有导向柱，为动力头提供支撑和导向，及承受动力头给进力反力矩和回转扭矩的反力矩。导轨座通过立柱与机座相连接，钻进系统安装在导轨座上通过液压系统实现钻进运动，岩样通过液压系统固定在实验台上，数据采集系统由安装在轴承部，数据采集系统通过导线与微机数据处理系统相连接。 

所述的动力头系统由变频电机(13)、钻杆(19)、水龙头(16)、钻头(23)组成。变频电机(13)安装在导轨座(14)上，变频电机(13)输出端接有水龙头(16)的传输端，水龙头(16)的输入端接到钻井液系统的输出接口，水龙头(16)输出端接有钻杆(19)，钻杆(19)上装有钻进参数检测系统，钻杆的输出端接有钻头(23)。 

所述的钻井液系统由高压泥浆泵(15)、钻井液流量计(L1)、钻井液、钻井液收集容器(2)和管道组成。泥浆泵(27)通过管道与钻井液流量计(L1)连接，经过水龙头(16)将钻井液输入到高压釜内，钻井液通过钻井液出口(1)经管道流入钻井液收集容器(2)中。 

所述的液压系统由油箱，液压泵、液压阀和液压缸(11)组成。液压泵一端通过油管和油箱连接，另一端与液压缸相连接。液压缸通过上下两个支座(10)固定在顶板(12)上。液压系统主要分为三条支路，一条支路控制钻进系统的钻进，一条支路控制压力容器(18)的上升和下降，另外一条支路控制岩样夹持加压机构(24)对岩样的加压力。