[发明专利]充气钻井动态循环模拟综合实验系统

说明书

本发明公开了一种充气钻井动态循环模拟综合实验系统，包括安装架，该安装架上设置有模拟井筒和模拟钻柱，还包括钻井液循环系统、驱动装置、起升装置、加砂装置和供气装置，驱动装置用于驱动模拟钻柱沿模拟井筒长度方向移动和/或驱动模拟钻柱转动，起升装置用于将安装架靠近模拟井筒的一端倾斜提升；加砂装置用于在实验时向钻井液冲加砂，供气装置用于在实验时向模拟井筒或模拟钻柱内充气。可充分模拟充气钻井全井况、全尺寸井下环空动态情况，有效反应钻井液参数、井眼尺寸、井斜角、机械钻速等因素对冲砂及携岩效果的影响，同时还可对固相移动速度及浓度进行实时测量分析，为现场钻井生产提供重要的理论支撑。

技术领域

本发明属于钻井模拟技术领域，具体涉及一种充气钻井动态循环模拟综合实验系统。

背景技术

钻井过程中环空钻井液与岩屑的参数关系，井底冲砂及岩屑返出状况都是影响钻进速度的重要因素，钻井液的性能又是直接的关键因子，特别是在充气钻井中，钻井液的性能参数如密度、粘度等是由液体和充气量共同决定的，故更难把控井底及环空的岩屑动态，不清楚井眼的净化程度，在实际钻井过程中，存在较大的未知风险，现有技术中，也有一些单独模拟岩屑运移的设备，但基本都属于静态模拟，且研究对象单一，难以模拟实际钻井循环过程中复杂井底状况，其实验模拟结果只具片面性，可靠性较低，不能为实际钻井提供可靠有效的综合性钻井数据支撑。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种充气钻井动态循环模拟综合实验系统，实现多尺寸、多流态、多角度充气钻井循环过程中，钻井冲砂、携岩、环空返速等参数的综合模拟，为实际钻井提供可靠数据支撑。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种充气钻井动态循环模拟综合实验系统，包括安装架，该安装架上具有沿其长度方向依次设置的模拟井筒和模拟钻柱，其关键在于：还包括：

钻井液循环系统，用于向模拟井筒和模拟钻柱供给钻井液和进行钻井液的处理；

驱动装置，用于驱动模拟钻柱沿模拟井筒长度方向移动和/或驱动模拟钻柱转动；

起升装置，用于提升安装架的一端，使模拟井筒和模拟钻柱相对于水平面倾斜；

加砂装置，其与钻井液循环系统相连，用于在实验时向钻井液中加砂；

供气装置，其用于在实验时向模拟井筒或模拟钻柱内充气。

采用以上方案，通过起升装置和驱动装置可充分模拟钻井过程的各种循环工况，实现全工况的动态模拟，再通过供气装置向环空内充气以改变钻井液密度，而通过加砂装置则朝钻井液中加入实验对象，直观观察井底冲砂，以及砂屑移动情况速度，实现气液，及固液气多相钻井的实际模拟，具有更良好的可靠性。

作为优选：所述驱动装置包括传动箱，该传动箱上设有轴向驱动电机和旋转驱动电机，传动箱内具有由轴向驱动电机驱动的齿轮，安装架上在传动箱的两侧对称设有齿条，所述齿轮与齿条啮合，所述旋转驱动电机沿安装架长度方向设置，其电机轴通过水龙头与模拟钻柱固定连接。

采用以上结构，简化传动结构，确保钻柱在旋转时可以同时进行轴向移动，且两种运动互不干涉，能更好的模拟实际钻井场景，即正划眼、倒划眼等过程中循环动态，乃至起下钻过程钻井液激荡对井底岩屑的影响。

作为优选：所述起升装置包括起升塔架，该起升塔架从下至上依次设有卷扬电机、卷扬筒和定滑轮，并配置有钢绳，所述钢绳与安装架的后端相连。通过简单的结构实现安装架的倾斜抬升，以模拟井斜角0～90°变化时，环空井眼情况。

作为优选：所述安装架底部具有至少两个沿宽度方向设置的支撑辊，所述支撑辊的两端套装有滚轮。采用以上方案，可使安装架在起升或下降过程中通过滚轮的滚动更省力轻松，噪音振动更小，提高设备操作人性化。