[发明专利]模拟气举反循环泥浆悬浮排渣室内试验系统及其试验方法

说明书

本发明提供一种模拟气举反循环泥浆悬浮排渣的室内试验系统及其试验方法，包括试验台、试验腔、排渣管、泥岩分离箱和数据监测及采集装置，所述试验台上设置有油缸，与所述油缸连接有油泵，所述试验腔设置在所述油缸上，所述试验腔的底部铺设有岩屑，在所述试验腔内并位于所述岩屑上方的空间用于容纳泥浆，所述排渣管的一端位于所述试验腔内，所述排渣管的另一端由所述试验腔的上端延伸至所述试验腔外且置于所述泥岩分离箱的上方；所述数据监测及采集装置能够对试验过程中的压力数据进行监测及采集。该试验系统解决了现有装置排渣过程不可视的问题，利用该试验系统进行试验可直观获取井下岩屑堆积、岩屑悬浮状态和排渣管内岩屑运移规律。

技术领域

本发明涉及钻井法凿井排渣技术领域，特别涉及一种模拟气举反循环泥浆悬浮排渣的室内试验系统及其试验方法。

背景技术

近年来，随着浅埋煤炭资源渐趋枯竭，煤炭开采深度越来越大，而深部煤炭资源开采一般需建井先行。土木工程建设全面机械化已成发展趋势，盾构、TBM 技术日益成熟，但如今井筒建设机械化程度相对较低，全面机械化凿井仅限于钻井法。钻井法凿井具有施工安全好、机械化程度高、井壁质量可靠，特别是可实现机械化、智能化施工，是今后深立井凿井的发展趋势。

钻井法凿井多采用流体排渣的方式，在流体排渣中，按循环方式分为正循环与反循环。针对大直径钻井，因井底岩屑运移距离长、岩屑粒径大，正循环更难获得较大的上返速度，所以大直径钻井洗井排渣时更适合采用反循环洗井排渣，又因为泥浆悬浮排渣具有泥浆护壁、冷却钻头、携岩效率高等特点，因此洗井介质多采用泥浆。

气举反循环泥浆悬浮排渣是以泥浆为洗井介质，以压缩空气为动力，使其与钻杆内的冲洗液混合并膨胀做功，从而形成低密度的气液混合物，使钻杆内、外液柱产生压差，并在压差作用下实现钻井液从钻杆内腔携带岩屑的反循环钻进技术。目前，该工艺在实施过程中遇到诸多困难，如注气参数、钻杆转速等因素难以确定，导致破碎岩屑在井底堆积，无法及时排出，造成岩屑重复破碎，因而增大钻头的扭矩和摩擦力，严重常造成卡钻、抱钻等井下事故，归根结底是人们对注气参数和岩屑的运移规律不了解，而现场不能随意调整注汽参数，对井下的岩屑堆积和运移也无法直观获取。

目前室内常用的模拟钻井排渣的试验装置通常存在以下不足：

（1）现有排渣试验装置多用于模拟空气排渣，排渣方向多为正循环环空排渣，且多用于模拟水平井、斜井、定向井等小尺寸油气井，对于模拟大尺寸立井井筒钻井法凿井气举反循环泥浆悬浮排渣的试验装置及方法少有；

（2）排渣装置中多采用钢材作为围护结构，无法实现可视化，对试验中井下岩屑的堆积和悬浮状态，以及岩屑在排渣管内部的运移无法直观获取；

（3）现有试验装置可调节的影响排渣的参数较少，无法全面反映各参数对排渣规律的影响。

因此，为全面了解各参数（注气压力、注气速度、注气流量、钻进速度、钻杆转速、钻杆内径、风管沉没高度等）对气举反循环泥浆悬浮排渣的影响规律，并可视化研究井下岩屑堆积、岩屑悬浮状态、排渣管内岩屑运移规律，亟需一种模拟气举反循环泥浆悬浮排渣的室内试验系统及其试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟气举反循环泥浆悬浮排渣的室内试验系统及其试验方法。利用该试验系统可模拟气举反循环泥浆悬浮排渣工艺过程，该试验系统灵活多变，可操作性强，可实现调节注气压力、注气速度、注气流量、钻进速度、钻杆转速、钻杆内径、风管沉没高度等参数，来研究多因素对排渣规律的影响，并解决了现有反循环泥浆悬浮排渣装置排渣过程不可视的问题，利用该试验系统进行试验可直观获取井下岩屑堆积、岩屑悬浮状态和排渣管内岩屑运移规律。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：