[发明专利]一种滑动导向钻井模拟系统

说明书

本发明实施例公开了一种滑动导向钻井模拟系统，包括：管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于井筒中的钻柱；加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。

技术领域

本发明实施例涉及滑动导向钻井控制技术，尤指一种滑动导向钻井模拟系统。

背景技术

滑动导向是石油定向钻井中常用的一种钻进技术。在常规滑动导向钻进过程中，由于钻井系统的钻柱不旋转，导致钻柱与井壁之间的摩阻很大，轴向钻压向下传递比较困难，尤其当钻杆发生屈曲时，与井壁之间的接触面增大，会导致摩阻进一步增大，容易产生托压、粘滑等现象，使钻进效率降低。而且由于环向摩阻过大，通过旋转顶驱调整工具面的响应速度也比较慢，甚至可能发生漂移，使井眼轨迹偏离设计轨迹。如何设计工具面的控制方法以有效提高工具面的调整效率便成为实现滑动导向钻井快速钻进首待解决的问题。

目前滑动导向钻井工具面的控制大多依赖司钻经验，并无确切的理论依据，并且由于井下工况的复杂性和不确定性，人的经验往往并不可靠，需要通过大量的钻井实验来进行总结分析。然而，实际钻井代价高昂，需要耗费大量人力物力，难以进行大量实验研究，因此发明一套可在实验室环境下模拟滑动导向钻井工具面控制过程的实验系统是非常有必要的。

目前相关技术当中提出了一种管柱振动减摩阻实验装置，模拟工程条件下管柱和井壁之间的摩擦，该装置采用丝杠和手轮作为加载装置，并采用位移传感器和力传感器测量加载端位移和力的大小。该装置并不足以模拟滑动导向钻井过程，主要缺陷在于：(1)实验装置的模拟钻柱长细比与实际差距较大，模拟井筒不透明，难以观察实验过程中的具体现象；(2)实验装置采用丝杠和手轮进行手动加载，难以实现精确的缓慢加载；(3)实验装置只能进行轴向加载，并不能模拟钻柱在顶驱作用下的旋转和工具面的变化过程。

因此，以滑动导向钻井真实过程为参照建立一套室内模拟实验系统并在其基础上开展工具面控制方法的研究，对提高实际滑动导向钻井工程的工作效率具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种滑动导向钻井模拟系统，能够模拟滑动导向钻井的真实过程，有效提高实际滑动导向钻井工程的工作效率。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种滑动导向钻井模拟系统，该系统包括：管柱模拟系统、加载系统、测量系统、控制系统和固连系统；

管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于该井筒中的钻柱；

加载系统，用于将管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；

测量系统，用于测量钻柱向环向进行角度加载后钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量钻柱向轴向进行力的加载后钻柱两端所受到的力；其中，末端是指钻柱的两端中除加载端外的另一端，加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；

控制系统，用于实现对测量系统所测数据的采集以及对加载系统的控制，并根据钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；

固连系统，用于实现对管柱模拟系统、加载系统、测量系统以及控制系统的连接及支撑。

可选地，管柱模拟系统包括：玻璃管和合金丝；

玻璃管，用于模拟井筒；

合金丝，用于模拟钻柱；