一種多井型多相環(huán)空攜屑模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種多井型多相環(huán)空攜屑模擬裝置，這種多井型多相環(huán)空攜屑模擬裝置包括內外管模擬裝置、數據采集處理系統(tǒng)，內外管模擬裝置由外管中設置內管構成，內外管模擬裝置安裝在井型模擬裝置中，底部連接巖屑推進器、頂部設置調偏心機構；儲氣罐通過管線連接至內管頂部設置的匯管，該管線上設置氣體流量計和第一壓力傳感器；儲液罐通過管線連接至內管頂部設置的匯管，該管線上設置液體流量計和第二壓力傳感器；內、外管之間的環(huán)空設置有上部出口管，出口管上連接氣液固三相流量計。本發(fā)明可實時、可視化的模擬多井型多相流體在不同工況下的巖屑顆粒及巖屑床的運移沉降情況。
【專利說明】
一種多井型多相環(huán)空攜屑模擬裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及石油與天然氣工程領域中的鉆井工藝技術，具體涉及一種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置。
【背景技術】
[0002]隨著非常規(guī)油氣的開發(fā)和鉆井工藝技術的發(fā)展，目前的井型和工作液類型也越來越豐富，目前，常見的井型包括:直井、斜直井、定向井、水平井、大位移井和多分支井等，工作液可以分為:氣體、充氣鉆井液、泡沫鉆井液、單相流體等，環(huán)空井眼凈化問題也越來越嚴重，輕則引發(fā)鉆井效率低，重則是井眼段塞，井壁垮塌，引發(fā)卡鉆，井下爆炸等事故。井眼的凈化程度與鉆井液類型、環(huán)空返速、井斜角、鉆柱的偏心程度、鉆柱的旋轉和巖肩形狀及和濃度關系密切，弄清不同井型和流體方式下的井眼環(huán)空巖肩運移規(guī)律，是鉆井必須解決的鉆井基礎理論問題。因此，建立一套多井型多相流環(huán)空攜肩模擬裝置，室內直觀、可視化的模擬巖肩顆粒和巖肩床的運移沉降過程，是重要和亟需的。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，這種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置用于室內模擬直井、定向井和水平井等，在氣-固、液-固和氣-液-固等多相流體作用下的環(huán)空巖肩運移規(guī)律，揭示井眼凈化機理和臨界條件，解決環(huán)空井眼凈化的問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置包括內外管模擬裝置、調偏心機構、旋轉電機、巖肩推進器、儲氣罐、儲液罐、井型模擬裝置、數據采集處理系統(tǒng)，內外管模擬裝置由外管中設置內管構成，內外管模擬裝置的底部連接巖肩推進器，內外管模擬裝置的頂部設置調偏心機構，內管連接旋轉電機，內外管模擬裝置安裝在井型模擬裝置中；儲氣罐通過管線連接至內管頂部設置的匯管，該管線上設置氣體流量計和第一壓力傳感器;儲液罐通過管線連接至內管頂部設置的匯管，該管線上設置液體流量計和第二壓力傳感器；內、外管之間的環(huán)空設置有上部出口管，出口管上連接氣液固三相流量計;所述氣體流量計、液體流量計、氣液固三相流量計、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器均連接數據采集處理系統(tǒng)；調偏心機構由頂端法蘭、底端法蘭、調偏心絲杠、直角形支架構成，頂端法蘭與底端法蘭通過定位螺栓固定在一起，頂端法蘭連接內管，底端法蘭連接外管，直角形支架的水平部與底部法蘭連接，調偏心絲杠穿過直角形支架的垂直部、墊片與頂端法蘭連接。
[0005]上述方案中井型模擬裝置包括水平軌道、垂直軌道、起吊裝置、內外管保護架、腳輪，內外管模擬裝置安裝在內外管保護架中，內外管保護架的底部設置有腳輪，垂直軌道的上端設置有起吊裝置，鋼絲繩連接在起吊裝置與內外管保護架之間，水平軌道和垂直軌道帶有刻度線，井型模擬裝置用于對內外管的支撐、滑動和起升等，還可根據管所處的水平和垂直位置來確定內外管模擬裝置所處的角度。
[0006]上述方案中內外管保護架外部設置有量角儀，用于測量內外管的傾斜角度。
[0007]上述方案中旋轉電機的旋轉速度為變頻可調，轉速范圍分布在60-300r/min，用于模擬轉盤鉆井和復合鉆井的鉆柱常見旋轉速度。
[0008]上述方案中儲氣罐連接空氣壓縮機，用于模擬氣體鉆井或充氣鉆井時的氣源。
[0009]上述方案中外管和內管的尺寸配合采用井眼鉆桿尺寸序列。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明模擬工況多，測量參數全面。能夠模擬不同井型(直井、定向井和水平井等)，不同的鉆井液類型(氣體、充氣、泡沫和液體等)，不同的鉆井液性能參數(密度、粘度、切力和動塑比等)和不同的施工參數(排量、壓力和巖肩顆粒濃度)情況下的環(huán)空水力學參數(流速、壓力和巖肩濃度)的變化情況。
[0011]2、本發(fā)明為室內模擬裝置，可實時、可視化的模擬多井型多相流體在不同工況下的巖肩顆粒及巖肩床的運移沉降情況，為現(xiàn)場的鉆井液性能參數和施工參數優(yōu)化設計奠定基礎。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明中井型模擬裝置的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明中調偏心機構的主視圖；
圖4是本發(fā)明中調偏心機構的俯視圖。
[0013]圖中:1.內管;2.外管;3.調偏心機構;3-1.頂端法蘭;3-2.底端法蘭;3-3.墊片;3-
4.直角形支架;3-5.定位螺栓;3-6.調偏心孔;3-7.調偏心絲杠;4.旋轉電機;5.巖肩推進器;6.空氣壓縮機;7.儲氣罐;8.儲液罐;9.螺桿栗；10.第一壓力傳感器；11.第二壓力傳感器；12.差壓傳感器；13.氣體流量計；14.液體流量計；15.氣液固三相流量計；16.數據采集處理系統(tǒng)；17.沉降池；18.第一閥門；19.第二閥門；20.第三閥門；21.第四閥門；22.第五閥門；23.水平軌道;24.腳輪;25.內外管保護架；26.鋼絲繩;27.起吊裝置;28.垂直軌道;29.系統(tǒng)支架;30.量角儀。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明:
如圖1所示，這種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置包括內外管模擬裝置、調偏心機構3、旋轉電機4、巖肩推進器5、儲氣罐7、儲液罐8、井型模擬裝置、數據采集處理系統(tǒng)16，內外管模擬裝置的底部連接巖肩推進器5，可以調整和控制不同的推進速度，控制巖肩在井底的數量；內外管模擬裝置的頂部設置調偏心機構3，內管I連接旋轉電機4，內外管模擬裝置安裝在井型模擬裝置中；儲氣罐7通過管線連接至內管I頂部設置的匯管，該管線上設置氣體流量計13和第一壓力傳感器10;儲液罐8通過管線連接至內管I頂部設置的匯管，該管線上設置液體流量計14和第二壓力傳感器11;內、外管之間的環(huán)空設置有上部出口管，出口管上連接氣液固三相流量計15;所述氣體流量計13、液體流量計14、氣液固三相流量計15、第一壓力傳感器10、第二壓力傳感器11均連接數據采集處理系統(tǒng)16。
[0015]內外管模擬裝置由外管2中設置內管I構成，內管I為空心管，模擬鉆桿，外管2模擬井筒，內管I和外管2的尺寸配合采用最常用的井眼鉆桿尺寸序列，在本實施方式中選擇最常見的215.9mm/127mm組合，還可以“311.mm/168mm”組合。電機旋轉帶動內管I旋轉，轉速可以調整，本實施方式中轉速范圍選擇60-300r/min，用于模擬鉆桿轉動對環(huán)空流體的擾動作用。
[0016]儲氣罐7連接空氣壓縮機6，空氣壓縮機6壓縮的空氣進入儲氣罐7，用于提供氣體、充氣或泡沫鉆井液所需的氣源，第一壓力傳感器10用于測量儲氣罐7的壓力，氣體流量計13測量氣體流量，在氣體流量計13的上端和下端分別連接第一閥門18和第二閥門19，用于控制氣體流速。儲液罐8存儲流體，利用螺桿栗9(或離心栗)抽汲儲液罐8中的流體，儲液罐8模擬鉆井時的泥漿池或泥漿罐，螺桿栗9抽吸泥漿作為循環(huán)介質。第二壓力傳感器11測量流體輸送壓力，液體流量計14測量液體流量，在液體流量計14的上端和下端分別接第三閥門20和第四閥門21控制液體流速，氣體和液體在內管I的頂部連接匯管上匯合，并通過內管I的進入底部，與巖肩推進器5推進的巖肩顆粒混合，攜帶巖肩顆粒在內管I和外管2的環(huán)空上返，在頂端出口管流出，經第五閥門22，到達氣液固三相流量計15，氣液固三相流量計15測量氣、液和巖肩顆粒濃度分布，最后多相流體到達多級沉降池17，沉降后的流體流到儲液罐8重復使用。
[0017]結合圖3、圖4所示，調偏心機構3由頂端法蘭3-1、底端法蘭3-2、調偏心絲杠、直角形支架3-4構成，頂端法蘭3-1與底端法蘭3-2通過定位螺栓3-5固定在一起，頂端法蘭3-1與底端法蘭3-2均有調偏心孔3-6，通過調整定位螺栓3-5在調偏心孔3-6中的位置初步調節(jié)偏心，頂端法蘭3-1連接內管I，底端法蘭3-2連接外管2，直角形支架3-4的水平部與底部法蘭3-2連接，調偏心絲杠3-7穿過直角形支架3-4的垂直部、墊片3-3與頂端法蘭3-1連接。調偏心機構3用于調整內管I的偏心度，模擬不同的間隙和環(huán)空形態(tài)對流體流動和巖肩運移的影響，調偏心過程如下:擰開定位螺栓3-5，旋轉調偏心絲杠3-7，調偏心絲杠3-7通過直角形支架3-4頂撞墊片3-3，帶動底端法蘭3-2與外管2向上移動，頂端法蘭3-1與內管I保持不動，進而實現(xiàn)調整內管I的偏心度，實現(xiàn)不同的間隙和環(huán)空形態(tài)的模擬。
[0018]如圖2所示，井型模擬裝置包括水平軌道23、垂直軌道28、起吊裝置27、內外管保護架25、腳輪24，內外管模擬裝置安裝在內外管保護架25中，內外管保護架25的底部設置有腳輪24，垂直軌道28的上端設置有起吊裝置27，鋼絲繩26連接在起吊裝置27與內外管保護架25之間，水平軌道23和垂直軌道28為工字鋼，腳輪24在水平軌道23和垂直軌道28內滾動，通過起吊裝置27和鋼絲繩26對內外管保護架25進行升降，內外管保護架25用于對內外管的保護和支撐。量角儀30放置在內外管保護架25上，用于測量內外管的傾斜角度，當角度為90°時，模擬水平井，不同的角度，模擬不同井斜角的定向井，當角度為0°時，模擬的是垂直井目艮。系統(tǒng)支架29為設備整體提供基座支撐。
[0019]不同的閥門和設備的有效配合，能夠多種鉆井方式。打開空氣壓縮機6，打開第一閥門18和第二閥門19，關閉第三閥門20和第四閥門21，可模擬氣體鉆井;打開螺桿栗(離心栗)9，打開第三閥門20和第四閥門21，關閉第一閥門18和第二閥門19，可模擬流體鉆井；同時打開空氣壓縮機6、和螺桿栗(離心栗)9，第一閥門18、第二閥門19、第三閥門20和第四閥門21，調整各閥的開度，能夠模擬氣液兩相流體;再配合井型模擬系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)直井、水平井和各種角度的定向井等多井型多相流的環(huán)空攜肩模擬。
【主權項】
1.一種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:這種多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置包括內外管模擬裝置、調偏心機構(3)、旋轉電機(4)、巖肩推進器(5)、儲氣罐(7)、儲液罐(8)、井型模擬裝置、數據采集處理系統(tǒng)(16)，內外管模擬裝置由外管(2)中設置內管(I)構成，內外管模擬裝置的底部連接巖肩推進器(5)，內外管模擬裝置的頂部設置調偏心機構，內管(I)連接旋轉電機(4)，內外管模擬裝置安裝在井型模擬裝置中；儲氣罐(7)通過管線連接至內管(I)頂部設置的匯管，該管線上設置氣體流量計(13)和第一壓力傳感器(10);儲液罐(8)通過管線連接至內管(I)頂部設置的匯管，該管線上設置液體流量計(14)和第二壓力傳感器(11);內、外管之間的環(huán)空設置有上部出口管，出口管上連接氣液固三相流量計(15);所述氣體流量計(13)、液體流量計(14)、氣液固三相流量計(15)、第一壓力傳感器(10)、第二壓力傳感器(11)均連接數據采集處理系統(tǒng)(16);調偏心機構由頂端法蘭(3-1)、底端法蘭(3-2)、調偏心絲杠(3-7)、直角形支架(3-4)構成，頂端法蘭(3-1)與底端法蘭(3-2)通過定位螺栓(3-5)固定在一起，頂端法蘭(3-1)連接內管(I)，底端法蘭(3-2)連接外管(2)，直角形支架(3-4)的水平部與底端法蘭(3-2)連接，調偏心絲杠(3-7)穿過直角形支架(3-4)的垂直部、墊片(3-3)與頂端法蘭(3-1)連接。2.根據權利要求1所述的多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:所述的井型模擬裝置包括水平軌道(23)、垂直軌道(28)、起吊裝置(27)、內外管保護架(25)、腳輪(24)，內外管模擬裝置安裝在內外管保護架(25)中，內外管保護架(25)的底部設置有腳輪(24)，垂直軌道(28)的上端設置有起吊裝置(27)，鋼絲繩(26)連接在起吊裝置(27)與內外管保護架(25)之間，水平軌道(23)和垂直軌道(28)帶有刻度線。3.根據權利要求2所述的多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:所述的內外管保護架(25)外部設置有量角儀(30)。4.根據權利要求3所述的多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:所述的旋轉電機(4)的旋轉速度為變頻可調，轉速范圍分布在60-300r/min。5.根據權利要求4所述的多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:所述的儲氣罐(7)連接空氣壓縮機(6)。6.根據權利要求5所述的多井型多相環(huán)空攜肩模擬裝置，其特征在于:所述的外管(2)和內管(I)的尺寸配合采用井眼鉆桿尺寸序列。
【文檔編號】E21B47/00GK105863611SQ201610433601
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月18日
【發(fā)明人】張立剛, 岳欠杯, 李治淼, 張強, 王昶皓, 官兵, 蘭旭煜, 譚偉春, 王勝男, 丁希瑞
【申請人】東北石油大學