[发明专利]一种大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法

权利要求书

1.一种大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，包括模拟井筒套管段（4）、模拟井筒裸眼段（7）、模拟钻柱（6）和测量仪器（10），其中：

所述模拟井筒套管段（4）和模拟井筒裸眼段（7）相接形成贯通的通道；

所述模拟钻柱（6）的钻头端可操作的穿过所述通道至所述模拟井筒裸眼段（7）的端部并固定，形成模拟的卡点位置；

所述模拟钻柱（6）的自由端与所述测量仪器（10）连接，用于测量实验数据。

2.如权利要求1所述的大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，

所述测量仪器（10）包括刻度盘（3）和与所述刻度盘（3）配合使用的扭转角指针（1）；

所述扭转角指针（1）的一端固定于所述模拟钻柱（6）上，所述扭转角指针（1）的另一端指向所述刻度盘（3）的表盘。

3.如权利要求2所述的大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，

所述刻度盘（3）安装于所述模拟井筒套管段（4）上；

所述刻度盘（3）的表盘中心紧固有带中心孔的安装座（30），所述安装座（30）的中心孔与所述模拟井筒套管段（4）连通。

4.如权利要求3所述的大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，

所述测量仪器（10）还包括扭矩测量仪（2）；

所述模拟钻柱（6）与所述安装座（30）的中心孔间隙配合后伸出，所述模拟钻柱（6）的伸出端与所述扭矩测量仪（2）相连。

5.如权利要求4所述的大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，

所述扭矩测量仪（2）为扭力扳手，可显示所测扭矩值的大小。

6.如权利要求1所述的大位移井钻柱卡点测量实验装置，其特征在于，

所述模拟井筒套管段（4）的曲率可调；

所述模拟井筒裸眼段（7）的外层为钢制圆管或PVC管制备，内部用水泥砂浆充填并有通孔，水平角度可调；

所述模拟钻柱（6）由多段等长的管状钻柱组成，并由接头（5）通过螺纹连接；所述模拟钻柱（6）的固定端由固定器（8）可拆卸的固定连接。

7.一种大位移井钻柱卡点测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100、将大位移井钻柱卡点测量实验装置的部件配合组装；

步骤S200、扭转模拟钻柱（6），读取测量仪器（10）的测量值，根据不同的水垂比λ测量对应卡点位置的测量值，用数理统计法分析水垂比λ对卡点位置的修正系数η的影响，从而建立η与λ的关系曲线η=f(λ)；

步骤S300、根据剪切胡克定律，并结合卡点位置修正系数η的函数关系式，得出最终确定卡点位置的公式从而计算最终的卡点位置；其中，

L－卡点位置；

G－模拟钻柱（6）的切变模量；

I_p－模拟钻柱（6）的极惯性矩；

－模拟钻柱（6）的扭转角，弧度；

T－模拟钻柱（6）扭矩；

极惯性矩按下式计算：

D－模拟钻柱（6）的外径，d－模拟钻柱（6）的内径。

8.如权利要求7所述的大位移井钻柱卡点测试方法，其特征在于，

所述步骤S100还包括：

步骤S101、根据测试所需的水垂比λ，选取模拟井筒套管段（4）的长度和弯曲曲率，及模拟井筒裸眼段（7）的长度；

步骤S102、将所述模拟井筒套管段（4）和模拟井筒裸眼段（7）相接形成贯通的通道；

步骤S103、将模拟钻柱（6）沿模拟井筒套管段（4）的端部穿入所述通道内，至所述模拟井筒裸眼段（7）的末端固定，形成模拟的卡点位置；

步骤S104、将测量仪器（10）安装于所述模拟钻柱（6）的自由端。

9.如权利要求8所述的大位移井钻柱卡点测试方法，其特征在于，

所述步骤S104具体包括：

转动所述测量仪器（10）的扭力扳手，使得所述模拟钻柱（6）在0～360度的范围内扭转，并通过所述扭力扳手直接读取扭矩值；

所述测量仪器（10）的扭转角指针（1）随所述模拟钻柱（6）的扭转而在所述测量仪器（10）的刻度盘（3）上转动，读取对应的扭转角度值。

10.如权利要求8所述的大位移井钻柱卡点测试方法，其特征在于，

所述步骤S103具体包括：

选取多段等长的钻柱，通过接头（5）的螺纹连接，形成整段的所述模拟钻柱（6）。