岩屑运移模拟装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及钻井实验模拟装置领域，涉及岩屑运移模拟装置。该岩屑运移模拟装置包括：模拟井筒、模拟钻柱和模拟钻头；模拟钻柱与模拟钻头的一端能拆卸连接，模拟钻头上设置有水眼；模拟钻柱与模拟钻头均位于模拟井筒内，模拟钻柱与模拟井筒之间形成井筒环空；模拟钻头与模拟井筒之间形成用于钻井液通过的缝隙；模拟井筒设置有用于承装岩屑的容置空间，容置空间置于靠近模拟钻头的一端；模拟井筒上设置有注入口，注入口用于向井筒环空内泵送钻井液；模拟钻柱为中空腔体，其上设置有输出口；钻井液和岩屑经输出口排出模拟钻柱。通过如此结构设置，加快了岩屑与钻井液的混合物在模拟钻柱内的流动速度，从而大大提高了岩屑的运移能力。
【专利说明】岩屑运移模拟装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻井实验模拟装置领域，具体而言，涉及岩屑运移模拟装置。
【背景技术】
[0002]相关技术中，在公布号为CN101701520A的专利申请中，公开了一种深水钻井液循环携岩的模拟实验装置，如图1所示，该模拟实验装置包括承装钻井液的储液罐1、输液栗
2、模拟钻柱3和模拟井筒4，其中，通过管路依次连接上述储液罐I和输液栗2，在输液栗2的作用下进入模拟钻柱3的轴向通孔，之后从模拟钻柱3与模拟井筒4之间的井筒环空5流出，模拟钻柱3与模拟井筒4之间具有空隙，该空隙即为井筒环空5，经固液分离装置将岩屑和钻井液分离，最后返回至储液罐I中。从而实现钻井液从模拟钻柱3流入，由井筒环空5流出的正循环过程。在该过程中，可以将井下的岩屑运移出钻井。在将岩屑运移出钻井时，岩屑与钻井液的混合物位于井筒环空5内。
[0003]但是，在实际应用中，岩屑与钻井液的混合物在井筒环空中流动时，由于井筒环空5的径向尺寸较大，使得相同流量的岩屑与钻井液的混合物在井筒环空5内的流动速度较慢，采用正循环的模拟方式岩屑的运移能力不高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种岩屑运移模拟装置，以解决上述的问题。
[0005]在本实用新型的实施例中提供了一种岩屑运移模拟装置，该岩屑运移模拟装置包括:模拟井筒、模拟钻柱和模拟钻头；所述模拟钻柱与所述模拟钻头的一端能拆卸连接，所述模拟钻头上设置有水眼；所述模拟钻柱与所述模拟钻头均位于所述模拟井筒内，所述模拟钻柱与所述模拟井筒之间形成井筒环空；所述模拟钻头与所述模拟井筒之间形成用于钻井液通过的缝隙；所述模拟井筒设置有用于承装岩屑的容置空间，所述容置空间置于靠近所述模拟钻头的一端；所述模拟井筒上设置有注入口，所述注入口用于向所述井筒环空内栗送钻井液；所述模拟钻柱为中空腔体，其上设置有输出口，钻井液和岩屑经所述输出口排出所述模拟钻柱。
[0006]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括钻井液池、注入管道和输出管道，所述注入管道的一端与所述注入口连通，其另一端与所述钻井液池连接；所述输出管道的一端与所述输出口连通，其另一端与所述钻井液池连接。
[0007]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括输液栗，所述注入管道上设置有输液栗，所述输液栗用于将所述钻井液池中的钻井液栗送至所述井筒环空中。
[0008]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括第一管道和第二管道；所述第一管道的一端连接所述注入管道，所述第一管道的另一端连接所述输出管道；所述第一管道内设置有第三控制阀；所述第二管道的一端连接所述注入管道，所述第二管道的另一端连接所述钻井液池；所述第二管道内设置有第四控制阀；所述注入管道内设置有用于控制所述注入管道通断的第一控制阀，所述输出管道内设置有用于控制所述输出管道通断的第二控制阀。[0009]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；其中，所述第一压力传感器设置在所述模拟钻柱上，用于检测所述模拟钻柱内的压力；所述第二压力传感器设置在所述模拟井筒上，用于检测模拟井筒与模拟钻柱之间的井筒环空的压力；所述第三压力传感器设置在所述模拟井筒上，用于检测容置空间内的压力。
[0010]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括岩屑注入口 ；所述岩屑注入口设置在所述模拟井筒上，所述岩屑注入口用于向所述容置空间内注入岩屑。
[0011]优选地，所述钻井液池包括:沉淀池、过滤池和泥浆池；所述第二管道和所述输出管道分别与所述沉淀池连接；所述泥浆池与所述注入管道连接；所述沉淀池、所述过滤池和所述泥浆池依次连通。
[0012]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括岩屑排出口 ；所述岩屑排出口设置在所述模拟井筒上，所述岩屑排出口用于将所述岩屑排出所述容置空间。
[0013]优选地，所述模拟钻头为圆台形，在所述模拟钻头的底部设置有两个所述水眼，所述模拟钻头的侧面上设置有四个所述水眼，六个所述水眼均设置有内螺纹。
[0014]优选地，所述模拟井筒包括多个透明管，相邻的所述透明管之间能拆卸连接。
[0015]本实用新型上述实施例的岩屑运移模拟装置，采用在模拟井筒上设置有用于向模拟钻柱与模拟井筒之间形成的井筒环空内输送钻井液的注入口，以及在模拟钻柱上设置有用于输出钻井液和岩屑的输出口，通过如此结构设置，使得钻井液由注入口进入井筒环空，穿过模拟钻头与模拟井筒之间的缝隙，与容置空间内的岩屑混合后由模拟钻头上的水眼进入模拟钻柱内，由模拟钻柱上设置的输出口将钻井液和岩屑排出，由于模拟钻柱为中空腔体，且模拟钻柱的中空腔体的径向尺寸较小，加快了岩屑与钻井液的混合物在模拟钻柱内的流动速度，从而大大提高了岩屑的运移能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示出了相关技术中的深水钻井液循环携岩的模拟实验装置示意图；
[0017]图2示出了本实用新型提供的岩屑运移模拟装置的结构示意图；
[0018]图3示出了本实用新型提供的岩屑运移模拟装置中的模拟钻头的侧面和底面的放大结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
[0020]如图2和图3所示，本实用新型实施例中提供了一种岩屑运移模拟装置，该岩屑运移模拟装置包括模拟井筒11、模拟钻柱12和模拟钻头13 ;模拟钻柱12与模拟钻头13的一端能拆卸连接，模拟钻头13上设置有水眼14 ;模拟钻柱12与模拟钻头13均位于模拟井筒11内，模拟钻柱12与模拟井筒11之间形成井筒环空15 ;模拟钻头13与模拟井筒11之间形成用于钻井液通过的缝隙；模拟井筒11设置有用于承装岩屑的容置空间16，容置空间16置于靠近所述模拟钻头13的一端；模拟井筒11上设置有注入口 17，注入口 17用于向井筒环空15内栗送钻井液；模拟钻柱12为中空腔体，其上设置有输出口 18 ;钻井液和岩屑经输出口 18排出模拟钻柱12。[0021]具体地，上述模拟过程为返循环过程，在模拟正循环过程时，所述注入口 17用于排放所述井筒环空15内钻井液和岩屑的混合物，钻井液经所述输出口 18栗入。容置空间16可以设置在模拟井筒11内，容置空间16位于模拟井筒11的末端，即靠近模拟钻头13的一端。
[0022]本实用新型上述实施例的岩屑运移模拟装置，采用在模拟井筒11上设置有用于向模拟钻柱12与模拟井筒11之间形成的井筒环空15内输送钻井液的注入口 17，以及在模拟钻柱12上设置有用于输出钻井液和岩屑的输出口 18，通过如此结构设置，使得钻井液由注入口 17进入井筒环空15，穿过模拟钻头13与模拟井筒11之间的缝隙，与容置空间16内的岩屑混合后由模拟钻头13上的水眼14进入模拟钻柱12内，由模拟钻柱12上设置的输出口 18将钻井液和岩屑排出，由于模拟钻柱12为中空腔体，且模拟钻柱12的中空腔体的径向尺寸较小，加快了岩屑与钻井液的混合物在模拟钻柱12内的流动速度，从而大大提高了岩屑的运移能力。
[0023]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括钻井液池19、注入管道20和输出管道21，注入管道20的一端与注入口 17连通，其另一端与钻井液池19连接；输出管道21的一端与输出口 18连通，其另一端与钻井液池19连接。
[0024]在实际应用过程中，注入管道20和输出管道21可以是由多条管道组合而成的。具体地，可以根据实际情形选择三通接头来引出其他管道，在此不做限制。通过注入管道20将钻井池19内的钻井液由注入口 17注入到井筒环空15内，最后通过输出管道21由输出口 18输出，使得钻井液的注入和输出更方便，不会造成钻井液的浪费。
[0025]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括输液栗22，注入管道20上设置有输液栗22，输液栗22用于将所述钻井液池中的钻井液栗送至井筒环空15中。
[0026]具体地，由于钻井液可以是液体，还可以是气体或泡沫，在实际应用过程中输液栗22可以是泥浆栗或者空气压缩机，因此输液栗的功能还可以是栗入气体或泡沫。采用输液栗22为钻井液的输入提供动力，可以提高钻井液输送至井筒环空15中的效率，缩短整个模拟实验的操作时间。
[0027]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括第一管道23和第二管道24 ;第一管道23的一端连接注入管道20，第一管道23的另一端连接输出管道21 ;第一管道内设置有第三控制阀27 ;第二管道24的一端连接注入管道20，第二管道的另一端连接钻井液池19 ;第二管道内设置有第四控制阀28 ;注入管道20内设置有用于控制注入管道20通断的第一控制阀25，输出管道21内设置有用于控制输出管道21通断的第二控制阀26。
[0028]具体地，第一管道23分别与注入管道20和输出管道21连接时可以分别选择三通接头来实现，第二管道24与注入管道20连接时也可以选择三通接头来连接。第一管道23的一端连接注入管道20，第一管道23的另一端连接输出管道21 ;第二管道24的一端连接注入管道20，第二管道的另一端连接钻井液池19 ;通过第一管道23可以实现钻井液通过输出口 18向模拟钻柱12内注入钻井液；通过第二管道24可以实现将通过注入口 17输出的钻井液和岩屑排出至钻井液池19内。该过程即为现有技术中的正循环过程。因此，本实施例提供的岩屑运移装置不但能够实现钻井液由模拟井筒11上设置的注入口 17注入，由模拟钻柱12上设置的输出口 18排出的反循环过程，还可以实现现有技术中的正循环过程。本实用新型实施例提供的岩屑运移模拟装置实现正循环过程和反循环过程的过程中，需要通过控制阀来实现，可选地，该第一至第四控制阀还可以使用电控制阀自动控制，具体的实现过程为:
[0029]正循环过程:将所有管道进行连接，将配置好的钻井液注入到钻井液池19中；将适量岩屑装入容置空间16 ;打开第三控制阀27和第四控制阀28，关闭第一控制阀25和第二控制阀26 ;打开输液栗22的开关，使输液栗22工作，缓慢栗入钻井液，当所有岩屑返出井筒环空15后，再循环3-5分钟关闭输液栗22，正循环结束。
[0030]反循环过程:将所有管道进行连接，将配置好的钻井液注入到钻井液池19中；将适量岩屑装入容置空间16 ;打开第一控制阀25和第二控制阀26，关闭第三控制阀27和第四控制阀28 ;打开输液栗22的开关，使输液栗22工作，缓慢栗入钻井液，当所有岩屑返出模拟钻柱12的中空腔体后，再循环3-5分钟关闭输液栗22，反循环结束。
[0031]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括三个压力传感器，分别为第一压力传感器29、第二压力传感器30和第三压力传感器31 ;其中，一个所述第一压力传感器29设置在所述模拟钻柱12上，用于检测所述模拟钻柱12内的压力；所述第二压力传感器30设置在所述模拟井筒11上，用于检测模拟井筒11与模拟钻柱12之间的井筒环空15的压力；所述第三压力传感器31设置在所述模拟井筒11上，用于检测容置空间内的压力。
[0032]通过在模拟钻柱12上设置第一压力传感器29可以实现在整个模拟实验过程中定量测得钻杆的循环压耗；在模拟井筒11上设置用于检测模拟井筒11与模拟钻柱12之间的井筒环空15的压力的第二压力传感器30可以实现在整个模拟实验过程中定量测得井筒环空内的循环压耗；在模拟井筒11上设置用于检测容置空间16内的压力的第三压力传感器31可以实现在整个模拟实验过程中定量测得容置空间内的循环压耗，可选地，还可以采用压力表来进行测量各处的循环压耗，在此不做限制。更为具体地，第一压力传感器29可以实现在整个模拟实验过程中定量测得正循环时钻井液栗入管路的循环压耗和反循环时模拟钻柱内的循环压耗；第二压力传感器30可以实现在整个模拟实验过程中定量测得正循环时井筒环空内的循环压耗和反循环时钻井液栗入管路的循环压耗；第三压力传感器31可以实现在整个模拟实验过程中定量测得正循环时模拟钻柱内的循环压耗和反循环时的井筒环空内的循环压耗。
[0033]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括岩屑注入口 32 ;岩屑注入口 32设置在模拟井筒11上，岩屑注入口 32用于向容置空间16内注入岩屑。
[0034]优选地，该岩屑运移模拟装置还包括岩屑排出口 36 ;岩屑排出口 36设置在模拟井筒11上，岩屑排出口 36设置在与岩屑注入口 32的相对侧，岩屑排出口 36用于将岩屑排出容置空间16，例如岩屑注入口 32设置在模拟井筒11的上侧，则岩屑排出口 36则设置在模拟井筒11的下侧。
[0035]具体地，通过在模拟井筒11上设置岩屑注入口 32和岩屑排出口，可以实现对容置空间16内的岩屑量进行控制，使用岩屑注入口向容置空间16内注入岩屑，使得容置空间16内的岩屑量增加，还可以通过岩屑排出口 36将容置空间16内的岩屑和/或其他流体排出容置空间16，减少容置空间16内的岩屑，可以实现模拟装置的重复使用。
[0036]优选地，钻井液池19包括:沉淀池33、过滤池34和泥浆池35 ;第二管道24和输出管道21分别与沉淀池33连接；泥浆池35与注入管道20连接；沉淀池33、过滤池34和泥浆池35依次连通。[0037]在实际应用中，钻井液池19可以包括沉淀池33、过滤池34和泥浆池35，沉淀池33内用于承接从输出口 18排出的岩屑和钻井液的混合物，沉淀池33内的混合物经过沉淀后，由于沉淀池33和过滤池34连通，因此在过滤池34内对沉淀后的沉淀池流出的混合物再次进行过滤，将经过滤后的钻井液排出至与过滤池34连通的泥浆池35内。如此设置可以实现钻井液的循环利用，减少实验废料。可选地，沉淀池33和泥浆池35可以是相同容积但不同直径的圆桶，可以套装，不做实验时节省空间和便于搬运。
[0038]优选地，所述模拟钻头13为圆台形，在模拟钻头13的底部设置有两个水眼14，模拟钻头13的侧面上设置有四个水眼14，六个水眼14均设置有内螺纹。
[0039]具体地，模拟钻头上的水眼14，可参考图3，在模拟钻头13的底部设置有两个水眼14，模拟钻头13的侧面上设置有四个水眼14，六个水眼14均设置有内螺纹。由于每个水眼14均设置有内螺纹，可以选择与其配合的堵头将该水眼堵住，即可以人为地控制模拟钻头上水眼14的数量，通过对水眼14结构的控制，实现钻头水力参数(水眼面积、数量及布局)对第一压力传感器29、第二压力传感器30和第三压力传感器31示数的影响。
[0040]本实用新型实施例中提供的钻头的结构，通过在钻头的底部和侧面设计多个水目艮，结合循环压耗的测量，为水力参数的优化提供依据。
[0041]优选地，模拟井筒11包括多个透明管，便于观察岩屑的运移情况，相邻的透明管之间能拆卸连接。
[0042]采用透明管可以使模拟实验都在可视的条件下进行，便于实验人员对实验过程的操控，模拟井筒11包括多个透明管，在实际应用中，该透明管可以是玻璃管，相邻的玻璃管之间可以采用法兰连接。在实际作业中，钻井可以是水平井、竖直井、斜井还可以是大位移井等，本实用新型可以模拟多种钻井，各个透明管之间能拆卸连接，实验人员可以根据实际需要进行调整。相应地，模拟钻柱12也可以是一节一节拼接而成的。相邻的节与节之间采用丝扣连接。在实际应用中，模拟钻柱12可以为不同长度、不同外径和内径的管柱通过适当的接头连接，在保证连接处丝扣密封的情况下钻井液可以顺利通过。
[0043]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种岩屑运移模拟装置，其特征在于，包括:模拟井筒、模拟钻柱和模拟钻头； 所述模拟钻柱与所述模拟钻头的一端能拆卸连接，所述模拟钻头上设置有水眼； 所述模拟钻柱与所述模拟钻头均位于所述模拟井筒内，所述模拟钻柱与所述模拟井筒之间形成井筒环空；所述模拟钻头与所述模拟井筒之间形成用于钻井液通过的缝隙； 所述模拟井筒设置有用于承装岩屑的容置空间，所述容置空间置于靠近所述模拟钻头的一端； 所述模拟井筒上设置有注入口，所述注入口用于向所述井筒环空内栗送钻井液；所述模拟钻柱为中空腔体，其上设置有输出口 ；钻井液和岩屑经所述输出口排出所述模拟钻柱。
2.根据权利要求1所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括钻井液池、注入管道和输出管道，所述注入管道的一端与所述注入口连通，其另一端与所述钻井液池连接；所述输出管道的一端与所述输出口连通，其另一端与所述钻井液池连接。
3.根据权利要求2所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括输液栗，所述注入管道上设置有输液栗，所述输液栗用于将所述钻井液池中的钻井液栗送至所述井筒环空中。
4.根据权利要求3所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括第一管道和第二管道； 所述第一管道的一端连接所述注入管道，所述第一管道的另一端连接所述输出管道；所述第一管道内设置有第三控制阀； 所述第二管道的一端连接所述注入管道，所述第二管道的另一端连接所述钻井液池；所述第二管道内设置有第四控制阀； 所述注入管道内设置有用于控制所述注入管道通断的第一控制阀；所述输出管道内设置有用于控制所述输出管道通断的第二控制阀。
5.根据权利要求4所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器； 其中，所述第一压力传感器设置在所述模拟钻柱上，用于检测所述模拟钻柱内的压力； 所述第二压力传感器设置在所述模拟井筒上，用于检测模拟井筒与模拟钻柱之间的井筒环空的压力； 所述第三压力传感器设置在所述模拟井筒上，用于检测所述容置空间内的压力。
6.根据权利要求5所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括岩屑注入口； 所述岩屑注入口设置在所述模拟井筒上，所述岩屑注入口用于向所述容置空间内注入岩屑。
7.根据权利要求6所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，所述钻井液池包括:沉淀池、过滤池和泥浆池； 所述第二管道和所述输出管道分别与所述沉淀池连接； 所述泥浆池与所述注入管道连接； 所述沉淀池、所述过滤池和所述泥浆池依次连通。
8.根据权利要求7所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，还包括岩屑排出口； 所述岩屑排出口设置在所述模拟井筒上，所述岩屑排出口用于将所述岩屑排出所述容置空间。
9.根据权利要求8所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，所述模拟钻头为圆台形，在所述模拟钻头的底部设置有两个所述水眼，所述模拟钻头的侧面上设置有四个所述水眼，六个所述水眼均设置有内螺纹。
10.根据权利要求9所述的岩屑运移模拟装置，其特征在于，所述模拟井筒包括多个透明管，相邻的所述透明管之间能拆卸连接。
【文档编号】E21B21/00GK203603806SQ201320804798
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】周劲辉, 高德利, 房军 申请人:中国石油大学(北京)