[实用新型]管柱振动减摩阻实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井钻具领域，特别是涉及一种管柱振动减摩阻实验装置。 

背景技术

随着各大油田开发的逐渐深入，大斜度井、水平井、多分支水平井等复杂结构井数量越来越多。然而由于复杂结构井井斜较大，造成了钻柱和井壁之间摩擦阻力较大，导致钻压传递过程中损耗变大，钻进效率降低。井眼水平段长度越长，就越容易出现托压、粘滑、丢失工具面等现象，限制了钻进速度并制约了水平段长度的延伸。因此如何减小摩阻、实现快速钻进和提高水平段长度成为业界关注的焦点。 

近年来出现了一些井下专用工具，通过将钻井流体的能量转换为机械动能，为井下管柱施加一定频率的低振幅轴向振动，利用振动减摩的原理，减小摩擦，降低了钻压在传递过程中的损耗，有效地提高了钻进效率。 

但是在振动状态下，井下专用工具在水平段井眼受力情况复杂，影响因素较多，所以工具的关键设计参数如：输出载荷、频率、安放位置等难以确定。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种管柱振动减摩阻实验装置，其能够模拟工 程条件下管柱和井壁之间的摩擦，为振动类井下专用工具的设计和现场应用提供理论依据和指导。 

为此，本实用新型的技术方案如下： 

一种管柱振动减摩阻实验装置，包括：水平放置的模拟井筒、水平放置在所述模拟井筒内的测试管柱、向所述模拟井筒输送钻井液的钻井液供给系统、设置在所述测试管柱一端且向所述测试管柱施加拉力的模拟钻压装置以及设置在所述测试管柱另一端且向所述测试管柱施加水平方向振动载荷的振动源，在所述测试管柱的两端均安装有动态载荷传感器和位移传感器。 

所述钻井液供给系统由管线、泵和储液槽组成，所述管线的两端分别与所述模拟井筒两端连通。 

所述模拟钻压装置包括定滑轮和悬挂在该定滑轮上的重物，牵引该重物（7）的绳索绕过定滑轮后水平固定在测试管柱的端部。 

所述振动源为电动振动发生器，在电动振动发生器的底部装有滚轮。 

所述振动源包括通过管线连接的水力振荡器、水力泵和储液罐，水力振荡器和水力泵之间通过高压软管连接，所述水力振荡器的底部装有滚轮。 

所述模拟井筒为半圆筒形，开口向上，便于观察。 

所述模拟井筒也可以是圆筒状，在其上部设置有1-2个观测窗口。 

本实用新型所述实验装置模拟工程实际情况，能够分析各种频率、振幅、载荷作用对管柱和井壁摩擦力的影响，因此其所测结果对工程设计有很大的参考价值，为振动类井下专用工具的设计和现场应用提供理论依据和指导。 

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的结构示意图； 

图2为本实用新型第二实施例的结构示意图。 

其中： 

1：测试管柱，2：模拟井筒，3：振动源，4：泵，5：管线，6：滑轮，7：重物，8：滚轮，9：动态载荷传感器，10：位移传感器，11：储液槽，12：水力振荡器，13：泵，14：储液槽。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的结构进行详细说明。 

实施例一 

如图1所示，该装置包括：水平放置的模拟井筒2、水平放置在模拟井筒2内的测试管柱1、向模拟井筒2输送钻井液的钻井液供给系统、设置在测试管柱1一端且向测试管柱1施加拉力的模拟钻压装置以及设置在测试管柱1另一端且向测试管柱1施加水平方向振动载荷的振动源，在测试管柱1的两端均安装有动态载荷传感器9和位移传感器10。 

模拟井筒2固定在水平地面，为了便于观察，模拟井筒一般为半圆筒状；模拟井筒2也可以是圆筒状，在圆筒上部设置1到2个观测窗口。模拟井筒2可以由固井水泥制成，也可以由钢材或其它合适材料制成。 

具体地说，所述钻井液供给系统由管线5、泵4和储液槽11组成，管线5的两端分别与模拟井筒2两端连通。可根据实际情况，通过泵将储液槽中钻井液泵入模拟井筒中，用以模拟存在钻井流体时测试管柱和井壁之间的摩擦。 

模拟管柱2的左端通过钢绳连接模拟钻压装置，用于模拟水平井段管柱所 受钻压。模拟钻压装置包括定滑轮6和悬挂在该定滑轮6上的重物7，牵引该重物7的绳索绕过定滑轮6后水平固定在测试管柱1的端部。重物7由于自身重力会对测试管柱1产生一个水平向左的轴向拉力，这个拉力的大小可以通过调节重物7的质量来进行调节。