评价水平井和大位移井的钻井液的润滑性能的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种评价钻井液的性能的实验装置，具体涉及一种用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的迅速发展，世界各国对石油与天然气的需求不断增长，整装油气资源逐渐枯竭，使得对散装油气资源的开发受到更多的重视。水平井和大位移井钻井技术是开发散装油气资源最为经济和有效的开发方法。目前，水平井和大位移井的钻井施工普遍采用滑动钻进的钻井方式。在水平井和大位移井的造斜段和水平段，钻具与井壁的接触面积大，客观上造成了摩擦阻力，给快速钻井造成困难。
[0003]改善钻井液的润滑性能是克服摩擦、避免井下事故的重要手段。尤其是在水平井和大位移井的滑动钻进过程中，高密度钻井液中的加重材料则会进一步增加钻具与井壁之间的摩擦阻力，导致钻速降得更低，从而会进一步增大引发粘卡、泥包等井下事故发生的可能性。因此，在对水平井和大位移井的钻井液体系进行设计时，需要特别关注钻井液的润滑性能。
[0004]对于水平井和大位移井而言，钻具与井壁之间的动摩擦系数是评价钻井液的润滑性能的优劣的最重要的参考指标。然而，目前还未有专门针对水平井或大位移井的钻井液润滑性能评价的专用设备，常是利用极压润滑仪测定的极压润滑系数来近似表征应用于水平井或大位移井的钻井液的润滑性能。从仪器测定的机理来看，极压润滑仪是通过模拟直井施工中钻具的旋转运动过程获取钻具与井壁接触时产生的扭矩，继而换算成钻井液的润滑系数并用于表征钻井液润滑性能的优劣。但是，该润滑系数的大小用于表征直井施工中钻井液润滑性能优劣是有效的，并不适用于评价应用于水平井和大位移井的钻井液的润滑性能。因此，需要研制一种可以用于评价适用于水平井和大位移井钻井液润滑性能的实验装置，以便用于评价应用于水平井和大位移井钻井液的润滑性能。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置，其能在室内条件下通过模拟水平井或大位移井滑动钻进过程并能较准确地测定模拟钻具与模拟井壁之间的动摩擦系数。
[0006]针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置，包括:
[0007]支撑组件；
[0008]井筒，其与支撑组件连接，且包括直型井筒段、弯管筒段和水平井筒段，所述弯管筒段的一端连接直型井筒段，其另一端连接水平井筒段；
[0009]钻具，其设在井筒内，包括直型钻具部、造斜钻具部和水平钻具部，所述造斜钻具部的一端连接直型钻具部，其另一端连接水平钻具部；
[0010]驱动机构，其与钻具的一端连接，用于驱动钻具在井筒内运动以模拟钻井过程；和
[0011]控制测试组件，其控制钻具的受力和运动，并测量相应的受力和运动参数用于对钻井液的润滑性能进行评价。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优点。井筒、钻具或驱动机构一起，可在室内条件下模拟水平井和大位移井的滑动钻进过程。在钻进过程中添加钻井液模拟钻井过程时，通过控制测试组件能较准确地测定模拟钻具与井筒之间的动摩擦系数。由于该动摩擦系数能较准确地表征钻井液的润滑性能的优劣，因此为应用于水平井或大位移井的钻井液的优选提供可靠的实验数据，以达到制定合理的钻井实施方案的目的。
[0013]在一个实施例中，所述控制测试组件包括运动控制机构和参数测试机构，所述运动控制机构通过提供作用在钻具上的贴靠力来模拟实际钻井中钻具与井壁之间的滑动摩擦。一般为了钻具能方便地放入井筒内和钻具能在井筒内运动，钻具与井筒之间会留有一定的间隙，通过运动控制机构可施加一定的贴靠力到钻具上，以模拟在添加钻井液后钻具与井壁之间的滑动摩擦。这种模拟状态与实际钻井过程更接近，因此，能使测试结果更准确。
[0014]在一个实施例中，所述运动控制机构包括弯部贴靠件、弯部推力器、水平贴靠件和水平推力器，其中，弯部推力器通过弯部贴靠件将贴靠力作用在钻具的造斜钻具部，水平推力器通过水平贴靠件将贴靠力作用在水平钻具部。分别模拟和测量作用在造斜钻具部和水平钻具部的贴靠力，以便能更准确地评价应用于水平井和大位移井钻井液的润滑性能。
[0015]在一个优选的实施例中，所述弯部推力器和水平推力器均与参数测试机构连接，且弯部推力器和水平推力器的推力大小均可控。弯部推力器和水平推力器的推力可控，从而可根据实际情况来调节和设定贴靠力的大小，使得该室内测试的结果更具参考性。
[0016]在一个实施例中，所述参数测试机构包括对运动控制机构的贴靠力进行控制与调节的贴靠力控制器、测量作用在钻具上的推力的推力传感器以及对驱动机构的参数进行控制的驱动控制器。对不同的部件通过不同的控制器进行控制和调节，方便操作，也能使控制更准确。
[0017]在一个优选的实施例中，所述推力传感器连接有推力记录仪，所述推力记录仪、贝占靠力控制器和驱动控制器均连接到控制显示台上。所有的测试结果和数据均通过控制显示台进行显示和存储，因此只需要一个人就能进行测试实验和对实验过程的监控。
[0018]在一个实施例中，所述支撑组件包括:底座；
[0019]侧架，其与底座固定连接；
[0020]井筒固定机构，其连接在侧架上用于连接井筒；和
[0021]驱动连接机构，其与侧架连接且位于井筒固定机构的上方，用于连接驱动机构。实际钻井中，井筒也是悬挂固定在地面的支撑机构上，受到自身重力的作用。这样的结构能使测试过程与实际工况更接近。
[0022]在一个实施例中，所述井筒固定机构包括:
[0023]井筒高度调节螺栓，其连接在侧架上且可沿侧架上下调节；
[0024]井筒支撑杆，其一端与井筒高度调节螺栓固定连接；和
[0025]固定项圈，其固定套接在井筒的直型井筒段，且与井筒支撑杆的另一端固定连接。根据测试需要，可通过井筒高度调节螺栓来调整井筒悬挂的高度。
[0026]在一个优选的实施例中，所述驱动机构为步进电机，所述驱动连接机构包括电机调节螺栓和电机固定板，所述电机调节螺栓连接在侧架上且可沿侧架上下调节，所述电机固定板与电机调节螺栓固定连接，所述步进电机固定在电机固定板上且其输出轴与钻具的上端固定连接。
[0027]在一个实施例中，所述弯管筒段模拟水平井或大位移井造斜井段的井壁，弯管筒段的弯曲角度可根据实际需要模拟的井壁来选择。在一个优选的实施例中，所述造斜钻具部由多个造斜短节构成，且所述造斜钻具部的两端分别通过螺纹相连直型钻具部和水平钻具部。在实际钻井中，造斜段的钻具不是一根或几根弯曲角度较大的钻具组成，而是需要多个小角度的弯钻具连接构成。本发明的实施例中，通过多个造斜短节连接来实现对造斜井段中钻具的模拟。
【附图说明】
[0028]图1所示是本发明的用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置的一种具体实施例。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0030]如图1所示为本发明的用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置的一种具体实施例。在该实施例中，该装置主要包括支撑组件、井筒、钻具、驱动机构和控制测试组件。其中，井筒悬挂固定在支撑组件上，钻具位于井筒内。驱动机构连接在支撑组件上且用于驱动钻具。而控制测试组件则用于控制钻具的受力和运动，并测量相应的受力和运动参数。
[0031]在一个实施例中，用于模拟实际的水平井和大位移井的井筒主要包括直型井筒段
10、弯管筒段11和水平井筒段12。其中，直型井筒段10相当于直井段的井壁。弯管筒段11相当于水平井或大位移井造斜井段的井壁。水平井筒段12相当于水平井水平段的井壁。而且，直型井筒段10、弯管筒段11和水平井筒段12这三段井筒依次固定连接构成本发明的用于水平井和大位移井的一体式井筒。另外，直型井筒段10的上端开口，在放入钻具后，直型井筒段10上端面通过密封件9连接有顶盖8以形成密封井筒。
[0032]在一个实施例中，钻具也主要包括三部分，分别为直型钻具部16、造斜钻具部17和水平钻具部18。其中，直型钻具部16模拟的是直井段的钻具。造斜钻具部17模拟的是造斜段的钻具。水平钻具部18模拟的是水平段的钻具。在一个优选的实施例中，造斜钻具部17由多个小角度的造斜短节构成，以与实际钻井中的由多个小角度弯钻具连接成的造斜段的钻具相符合。优选地，造斜钻具部17的两端分别通过螺纹连接直型钻具部16和水平钻具部18，这三部分