[发明专利]高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法

说明书

本发明涉及的是高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置，其中的高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置的主底座上设置第一导轨，外管的直管段一端连接挡板组的滑动挡板，管柱试件从外管的弯管段伸入，管柱试件另一端连接加载装置，多组紧固装置可拆卸地将外管间隔卡固，多组紧固装置均滑动连接于第一导轨上；挡板组包括挡板底座、滑动挡板、第二导轨、拉压传感器、固定挡板，挡板底座上设置有第二导轨，滑动挡板通过其底部滑轨与第二导轨滑动连接，挡板底座与第一导轨滑动连接，固定挡板滑动连接于第一导轨上，拉压传感器两端通过变扣分别与滑动挡板和固定挡板连接。本发明可以实现各种高曲率井段及其各种井眼直径管柱通过能力模拟的实验目的。

技术领域

本发明涉及油气井钻采技术领域中对高曲率井段管柱进行研究的实验装置，具体涉及高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

薄油层、稠油层、低渗透油气层和裂缝性油气层等已经变成我国油气资源开采的主要目标，对水平井技术提出了更高的要求和挑战，不断衍生出多种不同类型的水平井，例如中短半径水平井、中短曲率半径水平井和超短半径水平井等，这类高曲率井段为管柱的可下入性提出了更高的要求。管柱在下入弯曲井眼过程中，由于井斜角的增加，造成推动力减小；另一方面使弯曲井眼对管柱的摩阻增大，同时弯曲的井眼迫使管柱沿井眼轨迹弯曲，管柱刚度作用明显增强，使套管受到较大的附加弯矩作用，严重时使管柱不能下达预定井段。管柱能否顺利地通过弯曲井段下到目的层是能否顺利钻完井的重要因素。因此，进行高曲率管柱通过能力研究，对钻完井设计及施工有重要意义。

王德新建立了套管通过能力评价条件，赵域栋建立了管柱下入过程的有限元模型，对超长细比管柱的下入过程进行了分析，但仅从理论计算和数值模拟角度分析管柱的通过能力是不全面的。现在看来，用理论研究来解决此问题是很困难的，有效的办法是试验研究，长庆油田钻采工艺研究院与西安管材研究所联合进行了φ139.7mm套管的全尺寸弯曲试验，韩志勇研究了套管可通过的最大井眼曲率的确定方法。但还应当进行进一步试验研究，以便了解在不同轴向应力下套管可承受弯曲应力的极限能力。有必要做几种不同尺寸的套管试验。只有在进一步试验研究的基础上，才能真正建立起符合实际的计算模型。事实上，该试验目的限于研究在该油田的井深、井眼曲率(20°/30m)、固井和增产措施等条件下J55钢级套管是否可用的问题，而非研究“套管可以通过的最大井眼曲率”的问题。

徐金超设计了钻管弯曲转向室内实验装置，该装置采用滚轮组作为模拟滑道，16Mn无缝钢管作为模拟钻管，手压式液压泵提供钻管下压力。通过游标卡尺测量钻管通过、拉回尺寸变化，压力表测量钻管下压力，从而对实现弯曲的不同规格钻管进行优选。但该实验装置滑道构建繁琐，井眼曲率改变困难。

中国实用新型专利ZL200720158882.X设计了大斜度井管柱弯曲变形模拟试验装置，模拟大斜度井管柱受力弯曲变形，通过受力绞绳，提升管柱，检测管柱通过能力模拟井筒的受力大小和弯曲变形。该模拟试验装置只适合模拟上提管柱的通过能力，但不能模拟下放管柱的通过能力。

发明内容

本发明的一个目的是提供高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置，这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置用于解决现有的实验装置不能模拟高曲率井段管柱下放通过的能力的问题，本发明的另一个目的是提供这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置的实验方法。