[发明专利]水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验装置及试验方法，试验装置包括旋转动力系统、测试系统、进屑管路、依次连接的供水管路、进水管路、第一试验管路、第二试验管路和返流管路，进水管路和返流管路均与水箱连接，水箱内设有滤网，旋转动力系统驱动第二试验管路轴向旋转；测试系统包括电磁流量计、压力检测装置、霍尔转速传感器、第一差压变送器和第二差压变送器。本发明提出的技术方案的有益效果是：可系统开展水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验，研究固液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失，分析进水流量、钻杆转动速度、岩屑粒径及含量等参数对固液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失的影响。

技术领域

本发明涉及非开挖工程技术领域，尤其涉及一种水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验装置及试验方法。

背景技术

水平定向钻是采用锚固于地表的钻孔设备，以相对于地面较小的入射角钻入地层形成先导孔，然后将先导孔扩径至所需大小，并通过钻机回拖牵引将管道装入钻孔的一项非开挖管线敷设技术。

随着铺设管道直径增加，钻孔直径增大，水平定向钻扩孔施工时环空泥浆流速显著降低。在低环空泥浆流速下，扩孔岩屑易于沉积在钻孔底部形成岩屑床，急剧降低岩屑运移效率。岩屑堆积可能造成钻杆因扭矩过大而断裂、管道因回拖力过大而被破坏等事故，严重影响工期，增加施工成本。相较于传统的泥浆正循环方式，反循环技术改变泥浆循环方向，携带岩屑的泥浆从环空进入钻杆，从而返回地表。由于钻杆内径远小于钻孔直径，携带岩屑的泥浆在钻杆内可以轻松获得高流速，使得大颗粒岩屑容易排出，减少环空岩屑堆积，大幅度提高岩屑运移效率。但是现有的反循环技术在应用于水平定向钻领域以解决大直径水平定向钻岩屑运移过程中具有实用性的问题，故亟需开展相关的理论与试验研究，但目前针对水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移没有系统的试验装置及试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验装置及试验方法，可系统开展水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验，研究固液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失，分析进水流量、钻杆转动速度、岩屑粒径及含量等参数对固液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失的影响。

本发明的实施例提供一种水平定向钻扩孔反循环水力岩屑运移试验装置，包括旋转动力系统、测试系统、进屑管路、依次连接的供水管路、进水管路、第一试验管路、第二试验管路和返流管路，所述供水管路与所述进水管路之间通过自吸泵连接，所述供水管路和所述返流管路均与水箱连接，所述水箱内设有滤网，所述第二试验管路和所述第一试验管路之间连接有第三引压管，所述第二试验管路与所述返流管路之间连接有第四引压管，所述第二试验管路与所述第三引压管、所述第四引压管之间分别通过第一旋转接头和第二旋转接头连接，所述旋转动力系统驱动所述第二试验管路轴向旋转；所述进屑管路一端与螺旋输料机连接，另一端连接于所述第一试验管路靠近所述第二试验管路的一端，所述进屑管路上设有第一球阀，所述螺旋输料机、自吸泵和旋转动力系统均连接有变频器，以控制进屑流量、进水流量、所述第二试验管路的转速；

所述测试系统包括电磁流量计、压力检测装置、霍尔转速传感器、第一差压变送器和第二差压变送器，所述电磁流量计和所述压力检测装置设于所述进水管路上，所述霍尔转速传感器设于所述第二试验管路上，所述第一试验管路的两个取压处接出的第一引压管和第二引压管分别与所述第一差压变送器连接，所述第三引压管和所述第四引压管分别与所述第二差压变送器连接。

进一步地，所述旋转动力系统包括电机、第一主动链轮、第一传动链条、第二主动链轮以及第二传动链条；所述电机的传动轴与所述第二试验管路延伸方向相同，所述第一主动链轮和所述第二主动链轮安装于所述电机的传动轴上、且在所述传动轴延伸方向上间隔设置；