[发明专利]定向钻井过程模拟实验装置

说明书

本发明提供了一种定向钻井过程模拟实验装置，属于石油工程领域，能够完成实钻工况下钻柱静态屈曲实验研究、钻柱动力学行为实验研究，工况参数对钻进趋势影响规律研究、钻具组合性能评价及优化研究、新型导向工具设计及功能特征研究等研究目标，实现井下各因素联合作用下钻井过程模拟及研究的目的。该定向钻井过程模拟实验装置包括底座，底座上可转动地架设有控制轴，控制轴可偏摆地连接有调节面板，控制轴和调节面板的偏摆轴相对设置；调节面板中部设置有偏摆单元，所述偏摆单元包括用于控制调节面板偏摆角度的偏摆轨道，偏摆轨道内设置有可与偏摆轨道配合的偏摆控制件，偏摆控制件固定于控制轴上。

技术领域

本发明涉及石油工程领域，尤其涉及石油工程实验设备领域,具体涉及一种定向钻井过程模拟实验装置。

背景技术

定向钻井技术是当前开发常规与非常规油气资源的最主要技术，定向井轨迹预测、控制是实现该技术的关键问题。由于定向井钻进过程中，钻进趋势受到已有井眼形状、钻具组合、钻头特征、所钻地层性质、已钻井眼空间形态等多种因素的综合影响，使得定向井钻进趋势精确预测与控制成为定向井领域面临的难点。现有钻进趋势预测方法多局限性的考虑了影响定向井轨迹的单个因素或个别几个因素，预测出的结果多与现场钻进效果存在较大差异。现有轨迹控制方法均基于轨迹预测，控制效果与预想差异明显的问题常有发生。开展多因素下定向井轨迹控制过程及各因素对轨迹影响规律和影响机制研究对定向井轨迹预测、定向井轨迹控制、井下钻具设计及调整均具有重要意义。

作为基础研究方法的实验研究方法因其直观性、客观性的特点而成为最受关注手段，研发能够满足上述需求的实验装置成为急需解决的问题。然而，已有实验装置局限性的将轨迹趋势影响因素限定为钻具组合或者钻头，未能全面引入实钻工况中的其他各个因素，导致所获得的规律亦不能广泛的揭示实钻时轨迹的各种变化规律。因此，亟需研制出一套可揭示不同因素对井眼钻进趋势的影响机制、展示多因素协同作用下井眼延伸形态变化规律的定向钻井过程模拟实验装置。以满足钻井科学研究过程中，定向井不同钻具组合改变井眼趋势的机理研究，地质因素及钻进参数对轨迹控制效果影响研究，及综合考虑各因素情况下，井眼趋势的变化规律等研究的需要。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种定向钻井过程模拟实验装置，该装置能够完成实钻工况下钻柱静态屈曲实验研究、钻柱动力学行为实验研究，工况参数对钻进趋势影响规律研究、钻具组合性能评价及优化研究、新型导向工具设计及功能特征研究等研究目标，实现井下各因素联合作用下钻井过程模拟及研究的目的。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：定向钻井过程模拟实验装置,包括底座，底座上可转动地架设有控制轴，控制轴可偏摆地连接有调节面板，控制轴和调节面板的偏摆轴相对设置；

所述调节面板中部设置有偏摆单元，所述偏摆单元包括用于控制调节面板偏摆角度的偏摆轨道，偏摆轨道内设置有可与偏摆轨道配合的偏摆控制件，偏摆控制件固定于控制轴上；

所述调节面板上部设置有钻进状态控制单元,钻进状态控制单元一端连接模拟钻柱，模拟钻柱外部套设有模拟井筒，模拟钻柱和模拟井筒的下端连接模拟地层，所述模拟井筒的下端还连接有侧向力施加单元，所述模拟地层一侧连接有地层受力测试单元。

进一步的，所述钻进状态控制单元包括设置于所述调节面板表面的电机提升轨道，电机提升轨道上设置有用于带动模拟钻柱旋转的电机，电机上部设置有钻压施加器，钻压施加器一侧连接有钻压控制器，电机一侧还连接有电机转速控制器。

进一步的，所述模拟井筒上端设置有井筒定位总成，所述模拟井筒下端设置有井筒曲率调节总成，所述调节面板表面还设置有可滑动上述井筒曲率调节总成的井筒曲率调节轨道。

进一步的，所述地层受力测试单元包括与模拟地层连接的受力测试仪和与受力测试仪连接的受力显示器，设置于所述井筒曲率调节轨道下方用于滑动上述模拟地层的位置调节轨道和姿态调节轨道；所述模拟地层上设置有配合上述位置调节轨道和姿态调节轨道的位置调节滑道和姿态调节滑道。