[发明专利]一种反扭距定向工具实验系统及方法

说明书

本发明涉及一种反扭距定向工具实验系统及方法。系统主要由转速传感器、液压马达、水龙头、压力传感器A、流量传感器A、泥浆泵、截止阀、加速度传感器A、反扭距弯螺杆导向工具、角度传感器A、加速度传感器B、扭距测试仪、反扭距模拟系统A、台架、角度调整机构、节流阀A、溢流阀A、压力传感B、液压站B、变压器、变频器、测控系统、无线接收器构成。实验方法为：安装反扭距弯螺杆导向工具；输入实验关键参数；启动泥浆泵；发射目标工具面角度α的泥浆脉冲信号；反扭距弯螺杆导向工具自动控制工具面角；采集和分析实验数据。本发明具有以下优点：试验安全性高，可系统全面采集和分析相关数据，实验系统自动化程度高、耗时短、成本低。

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻井工程领域，尤其涉及一种反扭距定向工具实验系统及方法。

背景技术

弯螺杆滑动导向技术成本低，由此我国水平井导向依然以弯螺杆滑动导向为主，例如在2020年，长庆致密油气弯螺杆滑动导向占比超过90％。在弯螺杆滑动导向过程中，钻柱不旋转，钻柱摩阻大极易“托压”，导致钻压不能有效传递，机械钻速通常仅为旋转钻井的1/10～1/5；“托压”导致工具面不易调整和控制，钻井时效降低超过30％；且极易形成岩屑床，粘附卡钻风险高。

钻柱旋转是解决滑动钻井“托压”最有效手段之一，中石油川庆研发了钻柱扭摆系统，实现了上部钻柱往复旋转，提速超过30％，但该系统应用井深受限，2000m水平段以上提速有限。基于滑动钻井钻柱旋转范围越大钻井效果越好的事实，业界提出了MWD以上钻柱全旋转，MWD以下钻柱静止的滑动导向新思路。基于该原理，国内外发明了多种类似专利，如：US5458208、US5311952、CN 2651413Y、 CN105525875A、CN201910386427.2、US9109402B1、CN208040307U、 CN109750989A、CN201710028105.1、CN201710720410.7等，截止目前未见类似专利实现商业化成果转化的报道，主要原因在于：实钻试验风险高，无法开展钻井试验；缺乏系统的评价数据，难以为工具的结构优化设计提供数据支撑；试验耗时长，成本高。

因此亟待发明一种安全性高、可全面系统采集试验数据，且成本低的反扭矩定向工具实验系统及方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，发明了一种反扭距定向工具实验系统及方法，由转速传感器(1)、液压马达(2)、水龙头(3)、截止阀(4)、泥浆泵(5)、流量传感器A(6)、压力传感器A(7)、加速度传感器 A(8)、角度传感器A(9)、加速度传感器B(10)、扭距测试仪(11)、反扭距模拟系统A(12)、反扭距弯螺杆导向工具(13)、台架(14)、角度调整机构(15)、二位四通电磁阀A(16)节流阀A(17)、溢流阀A(18)、压力传感B(19)、液压站B(20)、测控系统(21)、无线接收器(22)、变压器(23)、变频器(24)构成；所述：反扭距弯螺杆导向工具上部(13) 连接液压马达(2)，为反扭距弯螺杆导向工具(13)提供扭距和转速，反扭距弯螺杆导向工具下部(13)连接反扭距模拟系统(12)，为反扭距弯螺杆导向工具(13)提供反扭距；所述：反扭距模拟系统(12)由螺杆钻具(1201)和永磁发电机(1202)组成，永磁发电机(1202)发电时产生电磁力，将螺杆钻具(1201)空转转为模拟破岩的负载工况，进而产生反扭距M’，同时实现实验过程自发电，节约电能；所述：永磁发电机(1202)依次连接变频器(24)和变压器(23)，将永磁发电机(1202)发出的电并入到驱动液压站B(20)的供电系统中；所述：角度调整机构 (15)由液压站A(1501)、三位四通电磁阀(1502)、液压杆(1503)、角度传感器B(1504)构成，用于模拟不同井斜角度，所述：液压站 A(1501)和液压杆(1503)之间连接三位四通电磁阀(1502)。

所述：加速度传感器A(8)、加速度传感器B(10)、角度传感器 A(9)和扭距测试仪(11)为无线模式，避免反扭距弯螺杆导向工具(13) 和螺杆钻具(1201)旋转导致有线线缆缠绕破坏传感器。