一种模拟钻井清砂过程原位观测试验机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种石油钻井工程中不同钻井条件下钻井砂沉积与清除过程的研究，尤其涉及一种模拟钻井清砂过程原位观测试验机。
【背景技术】
[0002]随着全球经济的快速发展，石油产品的需求越来越大，油藏开采范围越来越大，而我国的疏松砂岩油藏分布范围广、储量也很大，产油量占有很重要的地位，而油井出砂是这类油藏开采的主要矛盾，这种问题尤为突出，而钻井过程中砂沉积和沉砂卡钻等问题也逐步出现，导致钻井过程中钻井液返回阻力增大，开采过程中油气流动阻力也加大，开采的难度也不断提高，使得油气井的生产和产量受到了严重的影响；多种复杂钻井条件下的含砂油藏逐步进入大量开采，因而开采过程中的清砂过程和砂与砂之间相互作用机理开始受到研究者的关注，对于含砂油藏的原油开采机理有很大的作用，同时可以为砂沉积和卡钻过程的参数进行优化，得到不同条件下最优的清砂效果。
[0003]综合开采技术的进步，各种大斜度井分支井和水平井的开采应用逐步增多，在这些复杂井工况下的钻井过程砂沉积更加严重，严重时可能会引起卡钻事故的发生。由于不同硬度、尺寸砂粒的沉积，对于钻井过程中的钻井工具的摩擦磨损影响非常大，容易造成设备故障，同时也使得大量的能量损耗，严重时甚至导致井漏和井喷等。出砂也会破坏地层结构，开采油藏因而发生变化，严重的地层出砂甚至会导致地层坍塌的发生。
[0004]石油开采过程中清砂过程的影响因素众多，也一直是大家关注的重点，是一个长久的研究热点和难点，不同的地质储层砂特性，如亲水亲油特性，砂粒尺寸，砂粒硬度等特性，套管内壁光洁度、套管钻杆的尺寸，与钻井液的特性，包括密度、粘度、聚合物、纳米粒子、表面活性剂等物质的加入相关等，温度因素，同时不同井斜角，不同的钻杆偏心度，不同的钻井液密度、流量、压力，不同的钻井转速等都是钻井清砂过程的重要影响因素，钻井清砂是一个复杂的过程，相关参数需要大量的实际试验优化。
[0005]我国的钻井清砂研究起步相对较晚，技术的应用也比较迟，现阶段清砂工具还相当的缺乏，针对其实际清砂过程中存在的微细观作用机理系统研究较少，主要是以实际应用中一定效果为目的，没有形成系统的研究手段，针对国内主要采用的喷射清砂技术，进行详细的在不同钻井条件下的清砂机理原位分析手段，得到系统的清砂机理是一个十分迫切的内容。因而为了更好优化清砂效率，则需要对于清砂过程机理进行进一步的研究，特别考虑到众多的因素相互作用，进而得到清砂机理和最优的清砂效率。之前的钻井过程砂粒清除试验研究较少，且主要是以软件模拟研究为主，没有综合考虑实际中的不同井型、钻井液配方参数、转速参数、扭矩参数、压力参数、钻杆偏心度参数、显微观测摩擦磨损与砂粒的启动滚动移动旋转运动等的研究。
[0006]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟钻井清砂过程原位观测试验机，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种模拟钻井清砂过程原位观测试验机，可以模拟石油开采钻井过程中多种不同钻井条件下清砂作用机理，以及套管的摩擦磨损和钻井液的清砂特性的研究。
[0008]本发明的目的是这样实现的，一种模拟钻井清砂过程原位观测试验机，所述原位观测试验机包括:
[0009]底板，所述底板沿一纵向延伸，所述底板的后端与基座铰接，所述基座固定设置，所述底板与一倾斜角驱动装置连接，所述倾斜角驱动装置能驱动所述底板绕所述基座转动；
[0010]滑板，所述滑板沿所述底板纵向滑动的设置在所述底板上部，并通过固定装置与所述底板之间相对固定；
[0011]透明模拟套管，所述透明模拟套管的轴向与所述底板的纵向平行，通过固定支撑座支撑于所述滑板上；所述透明模拟套管的圆周侧壁上设有与其内部连通的加砂口 ；
[0012]固定缸套，所述固定缸套与所述透明模拟套管前端滑动套接设置，通过固定支撑座支撑于所述底板上；所述固定缸套的圆周侧壁设有钻井液排出口 ；
[0013]模拟中空钻杆，所述模拟中空钻杆上螺纹连接有射流清砂工具，所述模拟中空钻杆密封穿过所述固定缸套伸入到所述透明模拟套管内，所述射流清砂工具位于所述透明模拟套管内；所述模拟中空钻杆的前端连接一旋转接头，所述旋转接头通过高度调节支撑座支撑在所述底板上；
[0014]钻杆旋转驱动机构，所述钻杆旋转驱动机构设置在所述底板上，并与所述模拟中空钻杆传动连接，驱动所述模拟中空钻杆沿其轴线旋转；
[0015]钻井液循环控制装置，所述钻井液循环控制装置通过注入软管与所述旋转接头连通进而与所述模拟中空钻杆连通；所述钻井液循环控制装置通过出口软管与所述钻井液排出口连接；
[0016]数据采集处理装置，所述数据采集处理装置存储和处理采集的数据，同时控制钻杆旋转驱动机构、倾斜角驱动装置和钻井液循环控制装置。
[0017]在本发明的一较佳实施方式中，倾斜角驱动装置包括液压栗，所述液压栗通过管路连通液压缸，所述管路上设有从所述液压栗至液压缸单向导通的背压阀；所述液压缸设置在所述底板的下方，所述液压缸中的柱塞杆上端通过球形铰与所述底板的下部铰接。
[0018]在本发明的一较佳实施方式中，底板上部沿其纵向设有一 T形槽，所述滑板的下部设有与所述T形槽配合的T形滑块，所述滑板的两端分别设有固定螺栓，所述固定螺栓的螺栓头位于所述T形槽内，所述固定螺栓穿过所述滑板与固定螺母连接。
[0019]在本发明的一较佳实施方式中，透明模拟套管前端开口、后端封闭，且其前端的圆周侧壁外部螺纹连接有套管滑动密封柱塞；所述固定缸套密封滑动套设在所述套管滑动密封柱塞外部。
[0020]在本发明的一较佳实施方式中，固定缸套的前端固定设有钻杆偏心调节机构，所述固定缸套的前端具有一前端面，所述前端面设有一凹陷部，所述凹陷部内设有供所述模拟中空钻杆穿过的第一长孔；
[0021]所述钻杆偏心调节机构包括一偏心调节块，所述偏心调节块设置在所述凹陷部内与所述凹陷部的形状配合，能在所述凹陷部内上下滑动；所述偏心调节块上设有一通孔，所述通孔中过盈配合连接一橡胶密封轴承，所述模拟中空钻杆穿过所述橡胶密封轴承且与其过盈配合；
[0022]所述固定缸套的前端面固定连接有一固定板，所述固定板盖设在所述凹陷部上，将所述偏心调节块、所述橡胶密封轴承固定在所述凹陷部内；所述固定板上设有供所述模拟中空钻杆穿过的第二长孔；
[0023]所述固定缸套的圆周侧壁设有一与所述凹陷部相通的螺纹通孔，所述螺纹通孔内螺纹连接一偏心调节螺栓，所述偏心调节螺栓的一端伸入到所述凹陷部内并止挡在所述偏心调节块上；所述模拟中空钻杆穿过所述固定板、橡胶密封轴承、固定缸套的前端面，通过橡胶密封轴承转动支撑在所述偏心调节块上。
[0024]在本发明的一较佳实施方式中，高度调节支撑座包括下支撑座，所述下支撑座底部固定在所述底板上，所述下支撑座具有一向上延伸的螺纹杆，所述螺纹杆上套设连接一旋转接头支撑块，所述旋转接头支撑块下方的螺纹杆上螺纹连接一锁紧螺母；所述旋转接头通过接头固定螺栓固定在所述旋转接头支撑块上。
[0025]在本发明的一较佳实施方式中，钻杆旋转驱动机构包括变速电机，所述变速电机固定在所述底座上，其电机轴上固定有一第一带轮；所述模拟中空钻杆上同轴固定一第二带轮，所述第一带轮与所述第二带轮之间通过皮带传动连接，所述第一带轮与所述第二带轮之间还设有张紧轮。
[0026]在本发明的一较佳实施方式中，钻井液循环控制装置包括变量柱塞栗和钻井液池，所述变量柱塞栗和钻井液池连通，且两者之间设有栗入口阀；
[0027]所述旋转接头包括静止端和旋转端，所述旋转端相对所述静止端转动，所述旋转接头整体密封，其内部设有贯通所述静止端和旋转端的钻井液流动通道；所述静止端固定在所述高度调节支撑座上，所述变量柱塞栗通过所述注入软管与所述静止端连通；所述旋转端与所述模拟中空钻杆的前端固定连接，所述钻井液流动通道与所述模拟中空钻杆连通；
[0028]所述钻井液池通过所述出口软管与所述钻井液排出口连接。
[0029]在本发明的一较佳实施方式中，注入软管上设有节流阀；所述钻井液池中设有上下两层设置的沙粒回收过滤网和第二过滤网；所述钻井液池还连通有钻井液配料加入口、测试容器；所述钻井液配料加入口与钻井液池之间设有配料截止阀；所述测试容器与钻井液池之间设有测试容器截止阀。
[0030]在本发明的一较佳实施方式中，数据采集处理装置包括:
[0031]流量计，所