【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鉆井工程，具體涉及一種井下復(fù)雜工況模擬裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、流動循環(huán)是指鉆井液(泥漿)從井口由鉆井泵泵入經(jīng)過鉆井管柱、鉆頭、環(huán)空回到地面泥漿池的完整流動過程，是鉆井實施的基礎(chǔ)。但是由于井下狀況的復(fù)雜性和井下風險的隱蔽性，鉆井過程中的流動循環(huán)會出現(xiàn)較多復(fù)雜工況，具體包括：(1)鉆井勘探領(lǐng)域逐漸走向深層、深水，高溫高壓是目前普遍存在的復(fù)雜井下工況，循環(huán)流體多為非牛頓流體，其流變性能隨溫壓(溫度和壓力)變化明顯，流體在不同溫壓狀態(tài)下的流動規(guī)律會發(fā)生改變；(2)鉆進過程中由于破巖產(chǎn)生巖石碎屑需要通過井筒流體循環(huán)帶出井外，循環(huán)攜帶過程中巖屑會以懸浮狀態(tài)或巖屑床的狀態(tài)存在于井筒，其中懸浮的巖屑會改變流體的密度，巖屑床會改變井筒流道的尺寸進而改變井筒內(nèi)的流動狀態(tài)；(3)實際循環(huán)過程中會遇到溢流、井漏或溢漏同時發(fā)生，突然的流體侵入、流出或交換會改變井筒內(nèi)流體流動狀態(tài)；同時由于侵入的流體與井筒內(nèi)原循環(huán)流體成分不完全匹配，會導(dǎo)致原循環(huán)流體物理性質(zhì)發(fā)生改變；(4)在鉆井過程中，在鉆進不同地層時，由于施工條件、鉆機狀態(tài)不同等原因，會導(dǎo)致鉆桿的受力情況發(fā)生變化，可能導(dǎo)致鉆桿發(fā)生彎曲，鉆桿形態(tài)的變化也會影響環(huán)空內(nèi)鉆井液的流動狀態(tài)。
2、由于井下屬于不可視的盲區(qū)狀態(tài)，僅僅依靠目前井口和井底布置的傳感器難以實現(xiàn)井筒流動狀態(tài)的監(jiān)測以及流動規(guī)律的分析，更難以實現(xiàn)對井筒流動異常的科學(xué)處理，可能會導(dǎo)致嚴重的井下事故，造成施工成本和作業(yè)風險增加。因此，要研究井下循環(huán)流動過程中由于各種復(fù)雜工況導(dǎo)致的流動變化規(guī)律，建立可視化的多功能實驗臺架，
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種井下復(fù)雜工況模擬裝置及方法，以研究井下循環(huán)流動過程中由于各種復(fù)雜工況導(dǎo)致的流動變化規(guī)律。
2、為達到上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)采取了以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供了一種井下復(fù)雜工況模擬裝置，包括：
4、模擬井筒，所述模擬井筒包括安裝板、第一固定座、第二固定座、外套管、內(nèi)鉆桿、擠壓機構(gòu)及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述第一固定座及所述第二固定座分別固定于所述安裝板的兩端，所述外套管固定于所述安裝板，所述外套管上沿長度方向開始有若干個可啟閉的側(cè)入口及若干個可啟閉的側(cè)出口，各個所述側(cè)入口均安裝有第一溫度傳感器和第一壓力傳感器，各個所述側(cè)出口均安裝有第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，所述外套管由透明材料制成，外套管外側(cè)設(shè)置有若干個高速攝像機，所述內(nèi)鉆桿內(nèi)置于所述外套管，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的固定端固定于所述第一固定座，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動端與所述擠壓機構(gòu)的固定端連接，所述擠壓機構(gòu)的伸縮端與所述內(nèi)鉆桿的一端固定連接，所述內(nèi)鉆桿的另一端與所述第二固定座轉(zhuǎn)動連接；
5、鉆井液注入機構(gòu)，所述鉆井液注入機構(gòu)用于將泥漿注入所述外套管的一端；
6、鉆井液排出機構(gòu)，所述鉆井液排出機構(gòu)與所述外套管的另一端連通并用于排出鉆井液；
7、地層流體注入機構(gòu)，所述地層流體注入機構(gòu)與各個所述側(cè)入口均連通，并用于向至少一個所述側(cè)入口內(nèi)注入氣體或液體；地層流體排出機構(gòu)，所述地層流體排出機構(gòu)與各個所述側(cè)出口均連通，并用于排出至少一個所述側(cè)出口排出的氣體或液體。
8、在一些實施例中，所述擠壓機構(gòu)包括擠壓氣缸及壓力傳感器，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機，所述旋轉(zhuǎn)電機的殼體固定于所述第一固定座；
9、所述擠壓機構(gòu)包括擠壓氣缸及壓力傳感器，所述旋轉(zhuǎn)電機的輸出軸與所述擠壓氣缸的缸體固定連接，所述擠壓氣缸的輸出軸與一拉力傳感器的一端固定連接，所述拉力傳感器的另一端與一扭矩傳感器的一端固定連接，所述扭矩傳感器的另一端與所述內(nèi)鉆桿的一端固定連接。
10、在一些實施例中，所述模擬井筒還包括軸承，所述軸承的內(nèi)圈固定套設(shè)于所述內(nèi)鉆桿的另一端，所述軸承的外圈固定于所述第二固定座。
11、在一些實施例中，所述井下復(fù)雜工況模擬裝置還包括傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)包括底板、固定架、滑輪、卷揚機及拉繩，所述安裝板的一端鉸接于所述底板的一端，所述底板、所述固定架及所述卷揚機均固定于地面，所述滑輪轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述固定架的上端，所述拉繩繞設(shè)于所述滑輪，所述拉繩的一端固定并繞設(shè)于所述卷揚機的卷筒，所述拉繩的另一端與所述安裝板固定連接。
12、在一些實施例中，所述鉆井液注入機構(gòu)包括配漿罐、螺桿泵、注漿管、料斗及旋轉(zhuǎn)輸砂器，所述配漿罐內(nèi)用于配制鉆井液，所述螺桿泵的進口與所述配漿罐的出口連通，所述螺桿泵的出口與所述注漿管的一端連通，所述注漿管的另一端與所述外套管的一端連通，所述料斗內(nèi)用于裝入砂粒，所述旋轉(zhuǎn)輸砂器的進口與所述料斗的出口連通，所述旋轉(zhuǎn)輸砂器的出口與所述注漿管的一端連通。
13、在一些實施例中，所述鉆井液排出機構(gòu)包括排漿管及背壓閥，所述排漿管的一端與所述外套管的另一端連通，所述背壓閥設(shè)置于所述排漿管上。
14、在一些實施例中，所述地層流體注入機構(gòu)包括注流體管、若干注入分管、儲液罐、輸送泵、注液管、空壓機、儲氣罐及注氣管，所述注流體管的一端與各個所述注入分管的一端均連通，各個所述注入分管的另一端與各個所述側(cè)入口一一對應(yīng)連通，各個所述注入分管上均設(shè)置有注入閥，所述輸送泵的一端與所述儲液罐連通，所述輸送泵的另一端與所述注液管的一端連通，所述注液管的另一端與所述注流體管的另一端連通，所述空壓機的出口與所述儲氣罐的進口連通，所述儲氣罐的出口與所述注氣管的一端連通，所述注氣管的另一端與所述注流體管的另一端連通。
15、在一些實施例中，所述地層流體排出機構(gòu)包括若干個排出分管及側(cè)排出管，各個所述排出分管的一端與各個所述側(cè)出口連通，各個所述排出分管上均設(shè)置有排出閥，所述側(cè)排出管的一端與各個所述排出分管的另一端均連通。
16、在一些實施例中，所述井下復(fù)雜工況模擬裝置還包括回用機構(gòu)，所述回用機構(gòu)包括回用管及固液分離器，所述回用管的一端與所述排漿管的另一端及所述側(cè)排出管的另一端均連通，所述固液分離器的進口與所述回用管的另一端連通，所述固液分離器的固體出口與所述配漿罐的進口連通，所述固液分離器的液體出口與所述儲液罐的進口連通。
17、本專利技術(shù)還提供了一種井下復(fù)雜工況模擬方法，包括如下步驟：
18、s1、搭建所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置；
19、s2、保持內(nèi)鉆桿靜止，通過鉆井液注入機構(gòu)將泥漿注入所述外套管的一端，泥漿經(jīng)由外套管與內(nèi)鉆桿之間的環(huán)空向外套管的另一端移動，然后從外套管的另一端排出到鉆井液排出機構(gòu)，鉆井液排出機構(gòu)將泥漿排出，當泥漿流動穩(wěn)定后，獲取各個第一溫度傳感器和第一壓力傳感器及第二溫度傳感器和第二壓力傳感器檢測的初始溫壓，得到外套管內(nèi)泥漿的初始溫壓分布，同時利用高速攝像機采集外套管內(nèi)各個位置流體的初始運動狀態(tài)數(shù)據(jù)；
20、s3、通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動內(nèi)鉆桿轉(zhuǎn)動，同時，繼續(xù)通過鉆井液注入機構(gòu)將泥漿注入所述外套管的一端，泥漿經(jīng)由外套管與內(nèi)鉆桿之間的環(huán)空向外套管的另一端移動，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機，所述旋轉(zhuǎn)電機的殼體固定于所述第一固定座；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述模擬井筒還包括軸承，所述軸承的內(nèi)圈固定套設(shè)于所述內(nèi)鉆桿的另一端，所述軸承的外圈固定于所述第二固定座。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，還包括傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)包括底板、固定架、滑輪、卷揚機及拉繩，所述安裝板的一端鉸接于所述底板的一端，所述底板、所述固定架及所述卷揚機均固定于地面，所述滑輪轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述固定架的上端，所述拉繩繞設(shè)于所述滑輪，所述拉繩的一端固定并繞設(shè)于所述卷揚機的卷筒，所述拉繩的另一端與所述安裝板固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述鉆井液注入機構(gòu)包括配漿罐、螺桿泵、注漿管、料斗及旋轉(zhuǎn)輸砂器，所述配漿罐內(nèi)用于配制鉆井液，所述螺桿泵的進口與所述配漿罐的出口連通，所述螺桿泵的出口與所述注漿管的一端連通，所述注漿管的另一
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述鉆井液排出機構(gòu)包括排漿管及背壓閥，所述排漿管的一端與所述外套管的另一端連通，所述背壓閥設(shè)置于所述排漿管上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述地層流體注入機構(gòu)包括注流體管、若干注入分管、儲液罐、輸送泵、注液管、空壓機、儲氣罐及注氣管，所述注流體管的一端與各個所述注入分管的一端均連通，各個所述注入分管的另一端與各個所述側(cè)入口一一對應(yīng)連通，各個所述注入分管上均設(shè)置有注入閥，所述輸送泵的一端與所述儲液罐連通，所述輸送泵的另一端與所述注液管的一端連通，所述注液管的另一端與所述注流體管的另一端連通，所述空壓機的出口與所述儲氣罐的進口連通，所述儲氣罐的出口與所述注氣管的一端連通，所述注氣管的另一端與所述注流體管的另一端連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述地層流體排出機構(gòu)包括若干個排出分管及側(cè)排出管，各個所述排出分管的一端與各個所述側(cè)出口連通，各個所述排出分管上均設(shè)置有排出閥，所述側(cè)排出管的一端與各個所述排出分管的另一端均連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，還包括回用機構(gòu)，所述回用機構(gòu)包括回用管及固液分離器，所述回用管的一端與所述排漿管的另一端及所述側(cè)排出管的另一端均連通，所述固液分離器的進口與所述回用管的另一端連通，所述固液分離器的固體出口與所述配漿罐的進口連通，所述固液分離器的液體出口與所述儲液罐的進口連通。
10.一種井下復(fù)雜工況模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機，所述旋轉(zhuǎn)電機的殼體固定于所述第一固定座；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述模擬井筒還包括軸承，所述軸承的內(nèi)圈固定套設(shè)于所述內(nèi)鉆桿的另一端，所述軸承的外圈固定于所述第二固定座。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，還包括傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)包括底板、固定架、滑輪、卷揚機及拉繩，所述安裝板的一端鉸接于所述底板的一端，所述底板、所述固定架及所述卷揚機均固定于地面，所述滑輪轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述固定架的上端，所述拉繩繞設(shè)于所述滑輪，所述拉繩的一端固定并繞設(shè)于所述卷揚機的卷筒，所述拉繩的另一端與所述安裝板固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述鉆井液注入機構(gòu)包括配漿罐、螺桿泵、注漿管、料斗及旋轉(zhuǎn)輸砂器，所述配漿罐內(nèi)用于配制鉆井液，所述螺桿泵的進口與所述配漿罐的出口連通，所述螺桿泵的出口與所述注漿管的一端連通，所述注漿管的另一端與所述外套管的一端連通，所述料斗內(nèi)用于裝入砂粒，所述旋轉(zhuǎn)輸砂器的進口與所述料斗的出口連通，所述旋轉(zhuǎn)輸砂器的出口與所述注漿管的一端連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的井下復(fù)雜工況模擬裝置，其特征在于，所述鉆井液排出機構(gòu)包括排漿管及背壓閥，所述排漿管的一端與所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張菲菲，王茜，婁文強，王學(xué)迎，王怡迪，余義兵，彭馮佳，
申請(專利權(quán))人：長江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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