[发明专利]一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置及实验方法

说明书

考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置，包括模拟井筒，其一端设有滑轮，另一端固定有液压缸、安装有钻杆，钻杆连接有驱动机构和旋转机构，在钻杆上设有推力和扭矩传感器；模拟井筒上方设有岩屑送料口，其通过进液管线连接至泥浆槽，进液管线上设有高压泵、流量计、压力传感器；模拟井筒下端连接回液管线，回液管线上设有降温降压机构、流量计、输送泵；模拟井筒上设有超声波探头并连接岩心夹持器，夹持器设有加热机构、岩心、压力机构，下壁内侧设岩屑起降台。实验时，加入岩屑和钻井液，调整压力温度和岩屑厚度，模拟复合钻，由于本发明既考虑了钻柱与钻井液、井壁、泥饼间的摩擦力，又考虑了钻柱与岩屑床的摩擦力，更符合实际工况。

技术领域

本发明属于石油钻井领域，具体涉及一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置及实验方法。

背景技术

近年来，随着石油勘探开发技术与钻井技术得到飞速发展，钻井深度越来越深，另一方面，为提高经济技术效益，所钻油气井越来越多为大斜度、大位移定向井和水平井，可覆盖多个油气藏，实现一井多采。而对于水平井，面临的重大技术难点之一就是岩屑携带困难，易堆积形成岩屑床，大幅降低钻井效率，另外，由于水平钻井过程中，钻柱几乎平躺在造斜段与水平段下井壁，因此形成的岩屑床还会严重影响钻井过程的润滑性。

然而，目前国内外关于钻井液润滑性的评价研究只考虑了钻柱与钻井液、井壁岩石、泥饼之间的摩擦，而没有考虑钻柱与岩屑床之间的摩擦阻力，而钻井过程中岩屑床会增加钻进和起下钻过程中的扭矩和摩阻，导致钻井液润滑性能降低，这会使得钻井液的润滑性能在室内与现场所表现出的效果差异巨大，室内设计的钻井液配方不能满足现场钻井的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置及实验方法，利用该装置评价水平钻井的润滑性时，既可以考虑钻柱与钻井液、井壁岩石、泥饼之间的摩擦力，又能考虑钻柱与岩屑床之间的摩擦力，能够测定钻杆与岩石、泥饼以及岩屑床之间的钻井液润滑系数。

本发明采取的技术方案是：

一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置，包括滑轮轨道，在滑轮轨道上设置有透明可视化的模拟井筒，所述模拟井筒的一端下方设有滑轮，另一端下方固定连接有液压缸，在连接液压缸的一端还安装有钻杆，钻杆的一端伸入模拟井筒内，另一端连接有步进驱动机构和旋转驱动机构，在钻杆上还设有推力传感器和扭矩传感器；

在模拟井筒的上方设有岩屑送料口，该岩屑送料口通过进液管线连接至泥浆槽，在进液管线上顺序设有高压泵、流量计B、压力传感器；

在模拟井筒的下端连接有通向泥浆槽的回液管线，在回液管线上顺序设有降温降压机构、流量计A、输送泵；

在模拟井筒外壁上设置有用于检测岩屑床厚度和平整性的超声波探头，在模拟井筒上靠近滑轮的一端固定连接有岩心夹持器，在岩心夹持器上部设置加热机构，岩心夹持器下部设置岩心，岩心下侧设有压力机构；在模拟井筒下壁内侧设有岩屑起降台，岩屑起降台连接至岩屑床控制中心。

进一步的，所述液压缸的动力来源于液压泵，液压泵由泵体、柱塞、操作手柄构成，油箱分别与液压缸和液压泵通过油管相连，在油箱与液压泵之间以及液压泵与液压缸之间设置有单向阀，在油箱与液压缸之间设置有截止阀。

进一步的，在模拟井筒与钻杆连接处设有橡胶圈进行密封处理。

进一步的，所述降温降压机构设置在回液管线的起始段，由电动减温减压阀、安全阀、压力表、温度计、止回阀、电动调节阀、节流阀、截止阀、过渡管、减温水管、法兰紧固件组成。

进一步的，所述加热机构包括电加热套和控温仪，控温仪分别与电加热套和温度传感器相连，通过控温仪能够调节电加热套的加热温度，从而控制模拟井筒内的温度，模拟深井钻井中的高温高压环境。

进一步的，模拟井筒可无级调节井斜角大小，调节角度为0°～90°。