[发明专利]一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法

说明书

本发明涉及一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法。由支撑模拟系统、伸缩模拟系统、扭转模拟系统，数据采集系统、控制执行系统、电脑组成。利用液压活塞提供支撑力、牵引力及扭矩，液压的压力由压力泵提供，压力由电磁溢流阀控制，双作用液压由三位四通电磁换向阀进行控制，支撑力、牵引力、扭矩数据由拉压传感器采集。本发明目的在于提供一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法，测量钻井牵引机器人支撑力、牵引力、扭矩等关键参数，缩短钻井牵引机器人研发周期，降低钻井牵引机器人实验成本，为支撑机构结构优化设计提供实验数据参考，促进钻井牵引机器人的理论研究与工程推广应用。

技术领域

本发明属于钻完井领域，尤其涉及一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展及人民生活水平的提高，我国对能源的需求飞速增长，能源供需矛盾日益突出，石油天然气对外依存度逐年攀升，2018年我国石油对外依存度上升至69.8％，天然气攀升至45.3％，大大超过国际公认的警戒线，严重威胁我国能源安全。随着勘探开发的深入，低渗透、低孔隙等致密油气(如页岩气等)逐渐成为勘探开发的重点。例如：据2018年联合国贸易和发展会议报告显示，我国页岩气储量为31.6万亿立方米，全球排名第一位。2018年我国页岩气产量超百亿立方米，作为一种典型的非常规天然气资源，我国页岩气开发潜力巨大。四川盆地是我国页岩气开发的主战场，年产页岩气占全国的90％以上。比如近期，中石油西南油气田的深层页岩气评价井泸203井取得了重大突破，测试日产量高达137.9万立方米，成为国内首口单井测试日产量超百万立方米的页岩气井。

为了提高页岩气等非常规油气开采的综合经济效益，大位移水平井越来越受到国内外的青睐。因此，开展长水平段钻井高效安全快速建井技术研究，对缓解我国能源供需矛盾、促进经济社会科学发展具有重大战略意义。然而，随着水平井水平段位移的增加，我国油气开采面临诸多新的世界性难题：

难题一：钻柱“托压”严重，钻速慢，钻井周期长。随井深增加，水平段延长，“托压”问题突出，机械钻速难以有效提高，平均钻井周期由中浅层的78天激增至196天，钻井成本显著增大；

难题二：钻柱摩阻大，水平段延伸能力不足。MWD与井底的距离较远，纠斜、纠方位滞后，井眼轨迹局部曲率大，钻柱摩阻大，限制了水平段极限延伸长度。水平段延伸能力不足，页岩气等非常规油气资源无法实现高效经济开发。

针对长水平段钻井面临钻柱“托压”严重和水平段延伸“困难”两大瓶颈问题，国内外主要开展了降摩减阻工具和工艺研究，但延伸长度依然有限。由此可见，常规降摩减阻技术已无法有效解决水平井钻井延伸困难的技术难题。与常规技术不同，钻井牵引机器人通过拖拽提供轴向拉力的方法，以增加水平井延伸长度。国内外针对井下牵引机器人的研究和应用较为成熟；在钻井牵引机器人研究方面，虽然美国WWT公司处于领先地位，但未见开展现场应用报道。进一步分析发现：钻井牵引机器人能否投入实际钻井工程，钻井牵引机器人系统的地面实验评价数据是钻井牵引机器人应用的前提。在钻井牵引机器人实验系统方面，目前发明了2项专利：CN201710705983.2、CN201710720406.0，但这2项专利仅能开展钻井牵引机器人整机的牵引力、牵引速度及控制实验，无法测试支撑机构支撑力、牵引力、扭矩参数，无法开展钻井牵引机器人支撑机构可靠性评价实验，无法开展防阻卡特性实验。

因此，由于现有钻井牵引机器人相关实验系统主要为整机实验系统，实验准备周期长、成本居高不下，且无法为支撑机构结构优化设计提供实验数据参考，一定程度上制约了钻井牵引机器人的理论研究与工程推广应用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种钻井牵引机器人支撑机构测试系统及方法。