[发明专利]水平钻进试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻进试验设备领域，特别是涉及一种水平钻进试验装置。

背景技术

水平定向钻进技术被广泛的应用于市政工程建设、能源开发等领域，例如，中国石油公司大港—济南—枣庄成品油管道工程，采用非开挖水平定向钻进技术施工，铺设管道总长度1063米，并取得圆满成功。以及始端位于杭州萧山区，末端位于杭州市与海宁市交界处的钱塘江光缆穿越工程，总长度首次达到2454.15米，是国内首次采用对穿工艺的成功实施，在国内水平定向钻进领域具有里程碑意义。但是由于土的工程特性和地层参数的差异，经常会遇见井壁失稳导致的地面沉降、塌陷等事故。这一问题已经引起相关专家学者的关注，并进行了大量的研究工作，如中国石油大学（北京）葛洪魁对理想条件下水平井地层破裂压力的理论分析，建立了应力应变的计算模型，对工程施工起到一定的理论指导。周从明研发设计了水平定向钻进软件，主要包括输入系统、轨迹最优化设计、辅助功能和输出系统4个模块，该软件具有实用性强、计算速度快、用户界面友好、操作方便简捷和容错能力强等优点。叶根飞采用直径73mm弯外管螺杆钻具开展了现场试验，得出“可通过调整弯外管螺杆钻具工具面向角改变钻孔的倾角和方位角,控制钻孔轨迹的延伸”等结论。

目前，关于水平定向钻进的研究主要集中在理论分析、数值建模以及现场测试等方法，理论分析对水平井钻进技术具有重要的指导意义，但是由于土体的复杂性、影响因素的多样性，理论分析需要做很多理想假设，所以所得的结论与实际相比具有一定的偏差。应用数值模拟软件计算简单快捷，但模拟的结果往往与工程实践有很大的偏差，不能完全描述真实钻进过程中的破坏情况。现场原位试验结果可直接作为类似条件水平钻进施工参考的依据，但是现场原位试验具有试验时间比较长，资金投入多等缺点。

鉴于上述因素，很多学者采用模型试验来研究水平定向钻进问题，如黄建勇设计了水平井井筒流动模拟实验装置，可以进行油、气、水三相流动过程中流动截面上各相分数、各相速度等流动参数的测试和分析。但模型试验有其自身无法克服的缺点，就是缩尺后的模型试验中各个物理参数与实际参数之间的相似问题，对于水平定向钻进过程，一个很重要的因素就是土的重力的影响，因此，本发明专利拟通过给模型试验中的土施加一定的压力，来模拟实际地层中土的参数（包括土压力、孔隙水压力等），进而模拟水平钻进过程可能出现的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水平钻进试验装置，可在室内模拟实际地层水平定向钻进过程中可能出现的井壁稳定性以及可能引起的地面沉降等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水平钻进试验装置，包括：

模型箱、空气压缩机和钻进装置；其中，

所述模型箱内为密闭箱体，所述密闭箱体内设有能沿箱体内竖向运动的活塞，所述活塞下方为土样舱，所述活塞上方为加压舱，所述加压舱与所述空气压缩机连接；

所述模型箱设有钻进通道，所述钻进通道横向贯穿所述模型箱的土样舱；

所述钻进装置设置在所述模型箱外，其钻头设置在所述模型箱的钻进通道内。

本发明的有益效果为：通过在模型箱上设置贯穿模型箱内土样舱的钻进通道，使钻进装置的钻头可以对土样舱内经活塞、加压舱与空气压缩机配合加压后的土样进行水平钻进试验，保证模拟试验结果的准确性。该装置结构简单，体积小，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的水平钻进试验装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水平钻进试验装置的模型箱结构示意图；

图3为本发明实施例提供的模型箱的活塞结构示意图；

图4为本发明实施例提供的模型箱的顶盖结构示意图；

图5为本发明实施例提供的模型箱的底座结构示意图；

图6为本发明实施例提供的模型箱的钻进通道的螺纹密封盖结构示意图；

图7为本发明实施例提供的钻进装置的钻头和钻杆结构示意图；

图8为本发明实施例提供的钻进装置的钻头结构示意图；

图9为本发明实施例提供的钻进装置的钻头正面结构示意图；

图10为本发明实施例提供的模型箱的钻进通道的作为密封件的螺纹密封环示意图。

具体实施方式