一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置

本发明涉及油气钻探，特别涉及一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置。

背景技术：

1、随着我国油气资源勘探开发规模的不断扩大，钻井技术和工艺水平不断提高，越来越多的深层及超深层、深水及超深水井快速出现在各个勘探区块。而随着井深的增加，钻遇异常地层压力概率就增加，钻井过程中控压难度明显增加，而在微溢流工况下节流阀动作时井筒压力传播规律预测难度增大，井底压力调节难度增大，很难采取有效的井底压力调控策略。而且一旦井底压力不能得到及时控制，溢流状况加剧得不到及时抑制，很有可能导致井喷等事故，因此有必要设计一种模拟调节装置，为实际工况控压钻井提供一定的理论基础，特别是在微溢流工况下，控制井底压力相当重要，然而目前很难发现微溢流工况，当人工发现溢流时就已经很难抑制，导致不能及时控制井底压力导致发生危险事故。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，可以在微溢流工况下不同钻井液物性参数等因素的影响下模拟调节井底压力，并可以实时监控不同井深不同温压条件下钻井液的剪切应力、表观粘度等流变参数以及钻井液实时所受的剪切速率从而及时改变钻井液物性参数，从而控制溢流工况，进而保障钻井安全。

2、本发明提到的一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其技术方案是：包括模拟井筒单元和计算机处理系统，其中，还包括模拟地层气侵单元、液相循环系统，所述的模拟地层气侵单元包括空压机、调气阀、平衡流量计、气液两相流入口，所述空压机通过管线、调气阀连接到三通球阀的一端进口，三通球阀的出口端通过管线、调液阀和平衡流量计连接到气液两相流入口，所述液相循环系统包括节流阀、液固混合器、加重剂储罐、降重剂储罐、电磁泵、模拟泥浆池、管路密度计、水泵、平衡流量计，所述模拟井筒单元的出液口通过管线连接节流阀、液固混合器和模拟泥浆池，在液固混合器的上端连接加重剂储罐，在液固混合器和模拟泥浆池之间的管线上通过电磁泵连接降重剂储罐，所述模拟泥浆池的另一侧出口通过管线连接管路密度计和水泵，且水泵的输出端连接到三通球阀的另一端进口。

3、优选的，上述模拟井筒单元包括内外管接头、内管、外管、排气口和出液口，所述外管的内腔设有内管，在外管和内管的上下两端分别安装内外管接头，在上端的内外管接头上设有出液口和排气口，在下端的内外管接头上设有气液两相流入口。

4、优选的，上述计算机处理系统包括压力传感器、回压传感器、工控机、流变参数检测器，所述工控机通过多条信号线和压力传感器连接到外管上，所述流变参数检测器通过流变参数检测器轨道安装在外管的内壁上，且所述工控机通过信号线连接到流变参数检测器上；所述的回压传感器安装在出液口外侧的管线上，且通过信号线连接到工控机。

5、优选的，上述流变参数检测器包括不锈钢金属外壳、磁力感应器、磁铁、传动链条、传动电机、传动杆、隔液轴承、悬垂，所述不锈钢金属外壳的上部安装磁力感应器，在磁力感应器的下方安设磁铁，磁铁的下端与传动杆连接，所述传动杆的下端安装隔液轴承，隔液轴承的下端连接悬垂，传动杆的中部通过传动链条连接到传动电机的输出端，通过传动电机带动传动杆转动。

6、优选的，上述流变参数检测器还包括固定金属杆和泄压金属外壳，所述泄压金属外壳为漏斗形结构，且安装在不锈钢金属外壳的内腔下端，所述固定金属杆的一端与不锈钢金属外壳内壁连接，所述固定金属杆的另一端套接在传动杆上。

7、优选的，上述固定金属杆设有两组，两组固定金属杆分别安装在传动电机的上下两侧。

8、优选的，上述流变参数检测器轨道包括固定销、固定孔、轨道钢轨，所述外管内壁安装轨道钢轨，且轨道钢轨上设有多组固定销和固定孔，所述流变参数检测器沿着轨道钢轨上下调整位置。

9、优选的，上述模拟泥浆池的上侧安装加粘剂储罐，在模拟泥浆池内设有搅拌器。

10、优选的，上述液固混合器包括高速搅拌器、搅拌器三通外壳、振动筛，所述搅拌器三通外壳的中部内腔安装高速搅拌器，在搅拌器三通外壳右侧出口内腔安装振动筛。

11、优选的，上述搅拌器三通外壳上侧进口通过加重剂管线和阀门连接加重剂储罐，所述加重剂管线内安装螺旋桨。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

13、本发明能够模拟发生微溢流的工况，通过改变节流阀开度，可得到不同井深井底压力的变化速度，为实际工况节流调节井底压力提供一定的理论基础；本发明还可以模拟微溢流工况下不同钻井液参数对不同井深时节流调节井底压力的速度，为实际工况中不同钻井液参数调控井底压力提供一定的理论基础；另外，本发明设备简单，易组装，模拟井筒单元采取透明有机玻璃管模拟套管并采取不锈钢管模拟钻杆，最大程度上模拟真实井筒，采用平衡流量计可以精准监测气体流量，以制造微溢流工况；本发明可模拟检测不同井深处由于钻杆震动产生的剪切速率，以及不同井深不同温压条件下的钻井液密度及流变参数等性能参数的变化情况，为及时调整钻井液密度及流变性控制井筒压力提供理论基础。

技术特征：

1.一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，包括模拟井筒单元和计算机处理系统，其特征是：还包括模拟地层气侵单元、液相循环系统，所述的模拟地层气侵单元包括空压机（7）、调气阀（6）、平衡流量计（3）、气液两相流入口（2），所述空压机（7）通过管线、调气阀（6）连接到三通球阀（5）的一端进口，三通球阀（5）的出口端通过管线、调液阀（4）和平衡流量计（3）连接到气液两相流入口（2），所述液相循环系统包括节流阀（16）、液固混合器（15）、加重剂储罐（14）、降重剂储罐（13）、电磁泵（12）、模拟泥浆池（11）、管路密度计（9）、水泵（8）、平衡流量计（3），所述模拟井筒单元的出液口（18）通过管线连接节流阀（16）、液固混合器（15）和模拟泥浆池（11），在液固混合器（15）的上端连接加重剂储罐（14），在液固混合器（15）和模拟泥浆池（11）之间的管线上通过电磁泵（12）连接降重剂储罐（13），所述模拟泥浆池（11）的另一侧出口通过管线连接管路密度计（9）和水泵（8），且水泵（8）的输出端连接到三通球阀（5）的另一端进口。

2.根据权利要求1所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述模拟井筒单元包括内外管接头（1）、内管（20）、外管（21）、排气口（19）和出液口（18），所述外管（21）的内腔设有内管（20），在外管（21）和内管（20）的上下两端分别安装内外管接头（1），在上端的内外管接头（1）上设有出液口（18）和排气口（19），在下端的内外管接头（1）上设有气液两相流入口（2）。

3.根据权利要求2所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述计算机处理系统包括压力传感器（22）、回压传感器（17）、工控机（23）、流变参数检测器（24），所述工控机（23）通过多条信号线和压力传感器（22）连接到外管（21）上，所述流变参数检测器（24）通过流变参数检测器轨道（25）安装在外管（21）的内壁上，且所述工控机（23）通过信号线连接到流变参数检测器（24）上；所述的回压传感器（17）安装在出液口（18）外侧的管线上，且通过信号线连接到工控机（23）。

4.根据权利要求3所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述流变参数检测器（24）包括不锈钢金属外壳（24.1）、磁力感应器（24.2）、磁铁（24.3）、传动链条（24.4）、传动电机（24.5）、传动杆（24.7）、隔液轴承（24.8）、悬垂（24.10），所述不锈钢金属外壳（24.1）的上部安装磁力感应器（24.2），在磁力感应器（24.2）的下方安设磁铁（24.3），磁铁（24.3）的下端与传动杆（24.7）连接，所述传动杆（24.7）的下端安装隔液轴承（24.8），隔液轴承（24.8）的下端连接悬垂（24.10），传动杆（24.7）的中部通过传动链条（24.4）连接到传动电机（24.5）的输出端，通过传动电机（24.5）带动传动杆（24.7）转动。

5.根据权利要求4所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述流变参数检测器（24）还包括固定金属杆（24.6）和泄压金属外壳（24.9），所述泄压金属外壳（24.9）为漏斗形结构，且安装在不锈钢金属外壳（24.1）的内腔下端，所述固定金属杆（24.6）的一端与不锈钢金属外壳（24.1）内壁连接，所述固定金属杆（24.6）的另一端套接在传动杆（24.7）上。

6.根据权利要求5所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述固定金属杆（24.6）设有两组，两组固定金属杆（24.6）分别安装在传动电机（24.5）的上下两侧。

7.根据权利要求6所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述流变参数检测器轨道（25）包括固定销（25.1）、固定孔（25.2）、轨道钢轨（25.3），所述外管（21）内壁安装轨道钢轨（25.3），且轨道钢轨（25.3）上设有多组固定销（25.1）和固定孔（25.2），所述流变参数检测器（24）沿着轨道钢轨（25.3）上下调整位置。

8.根据权利要求7所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述模拟泥浆池（11）的上侧安装加粘剂储罐（10），在模拟泥浆池（11）内设有搅拌器。

9.根据权利要求8所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述液固混合器（15）包括高速搅拌器（15.1）、搅拌器三通外壳（15.2）、振动筛（15.3），所述搅拌器三通外壳（15.2）的中部内腔安装高速搅拌器（15.1），在搅拌器三通外壳（15.2）右侧出口内腔安装振动筛（15.3）。

10.根据权利要求9所述的基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置，其特征是：所述搅拌器三通外壳（15.2）上侧进口通过加重剂管线（14.1）和阀门（14.3）连接加重剂储罐（14），所述加重剂管线（14.1）内安装螺旋桨（14.2）。

技术总结
本发明涉及油气钻探技术领域，特别涉及一种基于自反馈调节钻井液性能参数的井底压力调节装置。其技术方案是：包括模拟井筒单元和计算机处理系统，其中，还包括模拟地层气侵单元、液相循环系统，模拟地层气侵单元包括空压机、调气阀，空压机通过管线、调气阀连接到三通球阀，三通球阀还通过管线和平衡流量计连接到气液两相流入口，所述液相循环系统包括节流阀、液固混合器、加重剂储罐、降重剂储罐、加黏剂储罐、模拟泥浆池、管路密度计、水泵、平衡流量计。有益效果是：本发明可模拟检测不同井深处由于钻杆震动产生的剪切速率，以及不同井深不同温压条件下的钻井液流变参数变化情况，为及时调整钻井液密度及流变性控制井筒压力提供理论基础。

技术研发人员：尹邦堂,庞宇航,孙宝江,王志远,张剑波,王雪瑞,孙小辉,赵欣欣
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31