[发明专利]多功能钻井全井段动态循环模拟实验系统

说明书

本发明公开了一种多功能钻井全井段动态循环模拟实验系统，包括安装架，该安装架上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，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，使模拟井筒和模拟钻柱相对水平面倾斜设置，加砂装置与钻井液循环系统相连，用于在实验时向钻井液冲加砂。可充分模拟常规两相钻井全井况、全尺寸井下环空的动态情况，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，具体涉及一种多功能钻井全井段动态循环模拟实验系统。

背景技术

石油天然气勘探开发过程中，定向井已成为提高油气田单井产量和综合效益的重要手段。尤其是水平井能够有效增大油气层的泄油面积、提高采收率、提高油藏的动用程度。然而水平井技术难点多，钻井工艺复杂、对设备和工具要求高。近年来，随着非常规油气开发的不断增多和钻井工艺技术的快速发展，水平段延伸距离不断加长，井眼净化问题越来越突出。由于水平井具有较大倾斜角和较长水平段，或者较长的定向段及稳斜段，极易造成钻井液携岩不畅，导致井筒低边形成岩屑沉积床，增加钻柱磨阻和扭矩，甚至有卡钻的风险，影响钻井效率和井下安全。

井眼环空清洁是定向井钻井过程的关键问题。井眼的净化程度与环空返速、井斜角、钻柱的偏心程度、钻柱运动状态、钻井液类型、钻井液气相含量、岩屑形状及浓度等多个因素有关。当前，环空携岩理论分析主要基于岩屑床厚度或截面积设计，然而仅靠理论分析进行求解存在许多困难，通过实验的方式，模拟井下环空动态冲砂和携岩过程，可观察定向井岩屑运移特征，找到提高井眼净化效果的有效措施，从而可减低开发成本，然而现有实验设备中，大多只基于静态的模拟分析，并不能实现全井况的模拟实验，实验结果局限性较大，很难真正为实际开发提供有效数据支撑。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种多功能钻井全井段动态循环模拟实验系统，实现多尺寸、多流态、多角度钻井过程中，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：

一种多功能钻井全井段动态循环模拟实验系统，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。

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工况，实现全工况的动态模拟，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，实现固液两相钻井的实际模拟，具有更良好的可靠性。

作为优选：所述钻井液循环系统包括进液管，以及相互连接的泥浆泵和泥浆罐，所述泥浆泵的出口端与进液管连通，所述进液管连接有钻柱进液管、环空进液管和旁通管；

所述钻柱进液管与模拟钻柱的顶端连通，环空进液管与模拟井筒的底端连通，所述模拟井筒的顶端设有回流管，该回流管上设有振动筛，所述振动筛与泥浆罐相连，所述旁通管通过三通阀与回流管相连。

采用以上方案，合理设置管线，防止模拟过程中井筒出现憋压，以及满足管线清洗或多种工况模拟的需求，提高安全系数，同时确保钻井具有良好的钻井液循环系统，通过振动筛可快速回收返出砂砾进行数据记录。