用于测试自进式喷嘴的自进力的装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，包括：固定的测试台架（2);水平地设在测试台架（2)上的模拟井筒（3)，在所述模拟井筒⑶内设有自进式喷嘴（1)，用于为所述自进式喷嘴（1)提供测试流体的压力源（9);和拉力传感器（6)，其设在测试台架（2)上并通过拉力测试线（5)与自进式喷嘴（1)连接，并在测试流体达到设定流量下的拉力测量值作为自进式喷嘴的自进力。该装置能更好地模拟径向水平钻井工况，并测试在不同的参数的条件下的自进力。
【专利说明】用于测试自进式喷嘴的自进力的装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测试装置及其方法，具体涉及一种测试径向水平钻井技术中的自 进式喷嘴所产生的自进力大小的装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002] 管内转向径向水平井技术可在套管内完成由垂直方向向水平方向的转向。该技术 首先是采用磨铣钻头在套管上开孔，然后使连接有喷嘴的高压软管通过套管上的开孔，在 目的油层中钻小直径的水平井。该技术可以增加油藏的泄油半径。但现有管内转向径向水 平井技术是采用高压软管作为钻管，由于高压软管籾性较大、轴向力（即钻压方向力）传递 能力弱，使得从地面向井下送进高压软管较为困难。因此一般采用自进式喷嘴，通过自进式 喷嘴的反向喷射孔产生的射流反冲力作为自进力来带动钻头和高压软管向前钻进。自进力 大小直接影响了径向井钻进时的水平延伸能力。而自进式喷嘴的入口压力、喷距、流量、喷 嘴结构和自进式喷嘴所在的井筒直径等是影响自进力的主要因素。
[0003] 为了分析入口压力、喷距、流量、喷嘴结构井筒直径等因素对自进力的影响大小， 一种现有技术提出了一种测试装置。在该测试装置中，自进式喷嘴、拉力测试线和模拟井筒 等均为垂直方向布置。因而测量得到的自进式喷嘴所产生的自进力为垂直方向下测得。而 在真实的径向水平井钻进工况下，自进式喷嘴所产生的自进力为水平方向的力。因此，现有 技术的测试装置所测得的自进力大小不能真实反应自进式喷嘴在径向水平井钻井过程中 所产生的自进力。另外，现有自进式喷嘴的喷嘴结构设计不合理，喷射孔数量少且均沿径向 分布，使得自进式喷嘴产生的自进力小，钻进速度慢，成本高。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种用于测试自进式喷嘴的自进力的装 置，该装置能更好模拟径向水平钻井工况，并能测试在不同的参数的条件下的自进力。
[0005] 针对该技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于测试 自进式喷嘴的自进力的装置，包括：
[0006] 固定的测试台架；
[0007] 水平地设在测试台架上的模拟井筒，在所述模拟井筒内设有自进式喷嘴，
[0008] 用于为所述自进式喷嘴提供测试流体的压力源；和
[0009] 拉力传感器，其设在测试台架上并通过拉力测试线与自进式喷嘴连接，并在测试 流体达到设定流量下的拉力测量值作为自进式喷嘴的自进力。
[0010] 与现有技术相比，本发明的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，具有以下优点。 由于本发明中的自进式喷嘴、拉力测试线和模拟井筒等均为水平设置，能更真实地模拟在 径向水平井钻进工况下，自进式喷嘴所产生的自进力大小。而且，本发明用于测试自进式喷 嘴的自进力的装置在通过调整测试自进式喷嘴在不同的入口压力和流量条件下产生的自 进力大小，通过调整，还可以测试在不同喷距、和喷嘴结构时产生的自进力大小，从而方便 分析入口压力、喷距、流量、喷嘴结构、井筒直径等因素对自进力的影响。也就是说，本发明 的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置能更好模拟径向水平钻井工况，并能测试在不同的 参数的条件下的自进力。
[0011] 作为本发明的一种优选，所述自进式喷嘴与压力源经高压软管连接，所述高压软 管上连接有流量计。在真实的管内转向径向水平井钻井条件下，就是应用高压软管作为钻 管，此处应用高压软管就是为了使测量结果更接近于现场。流量计是方便直接读取经过高 压软管进入自进式喷嘴的流量值。
[0012] 作为本发明的一种改进，所述自进式喷嘴包括正向喷射孔和反向喷射孔，所述自 进式喷嘴的内部设有喷射室和用于连接高压软管的连接腔，所述正向喷射孔和反向喷射孔 均与喷射室连通。优化喷嘴结构，方便连接和增加产生的自进力。
[0013] 作为本发明的另一种改进，所述自进式喷嘴为圆柱状，所述正向喷射孔包括设在 圆柱中心的中心喷射孔和若千个分布在圆柱正面的非中心喷射孔。喷射孔的分布更合理， 更起到更均匀的喷射作用。
[0014] 作为本发明的还有一种改进，所述非中心喷射孔的中心线位于正面的同一个圆 上，若千个所述非中心喷射孔围绕中心喷射孔均匀分布。更起到更均匀的喷射作用。
[0015] 作为本发明的另一种优选，所述中心喷射孔和非中心喷射孔均包括一个喇叭状入 口和一个喇叭状出口。喇叭状入口能增大入口压力，喇叭状出口能使射流更均匀。
[0016] 作为本发明的还有一种优选，所述模拟井筒的直径为30?70mm。模拟小直径水平 井，测试在不同的模拟井筒直径下的自进力大小。
[0017] 作为本发明的还有一种优选，所述模拟井筒与测试台架经U型螺栓连接。U型螺栓 适用于各种直径的模拟井筒，在测试不同直径的模拟井筒条件下的自进力时不需要同时更 换连接件，更方便。
[0018] 本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种用于测试自进式喷嘴的自进力的 方法。
[0019] 针对该技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种用于测试自进式喷嘴的自 进力的方法，包括以下步骤：
[0020] 1)将测试台架底部与地面固定，将模拟井筒水平放置在测试台架上，并将模拟井 筒与测试台架固定连接；
[0021] 2)将待测试的自进式嘴嘴与高压软管的一端连接，再将自进式嘴嘴放入模拟井筒 内，高压软管的另一端经过流量计后与压力源的出口连接，所述压力源采用高压栗；
[0022] 3)将拉力测试线的一端连接于自进式喷嘴后端；将拉力传感器固定在测试台架 上，根据测试喷距调整拉力测试线的长度，调整完毕后将拉力测试线的另一端与拉力传感 器连接；
[0023] 4)启动高压栗，并根据流量计的示值慢慢增加高压栗的排量；当流量达到一个预 设的数值时，记录下此时拉力传感器上的数值，即为该流量条件下自进式喷嘴所产生的自 进力。
[0024] 重复步骤1)?4)，调整并测量在不同的参数的条件下所产生的自进力大小，所述 参数包括喷距、流量、模拟井筒的直径和喷嘴的结构。
[0025] 本发明的方法中模拟井筒采用水平放置的方式，可近似的模拟径向水平井的钻井 条件，同时具有操作方便和可靠性高的特点；同时通过改变模拟井筒的直径、通过改变拉力 测试线的长度来调整喷距和通过调整压力源的输出压力和流量等测试参数，提高了测试系 统的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1所示是本发明用于测试自进式喷嘴的自进力的装置的结构示意图。
[0027]图2所示是图1中的自进式喷嘴的剖视图。
[0028] 图3所示是图2的右视图。
[0029]图中所示：1、自进式喷嘴，1. 1、正向喷射孔，1. 2、反向喷射孔，1. 3、喷射室，1. 4、连 接腔，2、测试台架，3、模拟井筒，4、高压软管，5、拉力测试线，6、拉力传感器，7、流量计，8、压 力表，9、压力源。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0031] 如图1所示为本发明的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置的一种具体实施例。 在该实施例中，本发明用于测试自进式喷嘴的自进力的装置包括：
[0032] 与地面固定连接的测试台架2 ;
[0033]水平地设在测试台架2上的模拟井筒3,在所述模拟井筒3内设有自进式喷嘴 1，所述自进式喷嘴1上设有用于破岩的正向喷射孔1.1和用于提供自进力的反向喷射孔 1. 2 ；
[0034]用于为所述自进式喷嘴1提供测试流体的压力源9 ;和
[0035] 拉力传感器6,其设在测试台架2上并通过拉力测试线5与自进式喷嘴1连接，所 述拉力测试线5连接在自进式喷嘴1的后端，远离正向喷射孔1. 1，靠近反向喷射孔1.2,并 在测试流体达到设定流量下的拉力测量值作为自进式喷嘴的自进力。
[0036]所述自进式喷嘴1与压力源9经高压软管4连接。
[0037]本实施例中，所述压力源9采用高压泵。
[0038]高压软管4, 一端与自进式喷嘴1的入口连通，另一端与高压泵的出口连通；
[0039] 压力表8,安装在高压软管4上，用于测量高压栗输出的压力；
[0040] 流量计7,安装在高压软管4上，用于测量流过高压软管4的流体流量。
[0041] 在本实施例中，测试台架2可以为一个整体，也可以分为两部分，一部分用于放置 模拟井筒3,另一部分用于放置拉力传感器6,两部分时需要保证高度相同以使测试结果更 接近实际工况。
[0042] 在本实施例中，所示拉力测试线5为铁丝或铝线等金属线。
[0043] 如图2所示为本发明的装置中的自进式喷嘴1的一种具体结构。所述自进式喷嘴 1的内部设有喷射室1. 3和用于连接高压软管4的连接腔1. 4,所述正向喷射孔1. 1和反向 喷射孔1. 2均与喷射室1. 3连通。所示反向喷射孔1. 2为与喷射室1. 3连通朝向后方的斜 孔，反向喷射孔1. 2产生的射流用于为自进式喷嘴1和高压软管4提供向前的自进力的同 时还具有扩孔的作用。
[0044] 如图3所示，所述自进式喷嘴1为圆柱状，所述正向喷射孔1. i包括设在圆柱中心 的中心喷射孔和若干个分布在圆柱正面的非中心喷射孔。
[0045] 所述非中心喷射孔的中心线位于正面的同一个圆上，若千个所述非中心喷射孔围 绕中心喷射孔均匀分布。所述非中心喷射孔一端与喷射室1. 3连通，另一端在分布上是向 外扩散的斜孔。
[0046] 如图2所示，所述中心喷射孔和非中心喷射孔均包括一个喇叭状入口和一个喇叭 状出口。
[0047] 在本实施例中，所述模拟井筒3的直径为30?70mm。
[0048] 所述模拟井筒3与测试台架2经U型螺栓连接。
[0049] 针对以上本发明的装置，提出了一种用于测试自进式喷嘴的自进力的方法，包括 以下步骤：
[0050] 1)将测试台架2底部与地面固定，将模拟井筒3水平放置在测试台架2上，并将模 拟井筒3与测试台架2固定连接；
[0051] 2)将待测试的自进式嘴嘴1与高压软管4的一端连接，再将自进式嘴嘴1放入模 拟井筒3内，高压软管4的另一端经过流量计7、压力表8后与高压泵的出口连接；
[0052] 3)将拉力测试线5的一端连接于自进式喷嘴1后端；将拉力传感器6固定在测试 台架2上，根据测试喷距调整拉力测试线5的长度，调整完毕后将拉力测试线5的另一端与 拉力传感器6连接；
[0053] 4)启动高压栗，并根据流量计7的示值慢慢增加高压泵的排量；当流量达到测试 流量时，记录下此时拉力传感器6上的数值，即为该流量条件下自进式喷嘴1所产生的自进 力；
[0054] 重复步骤1)?4)，调整并测量在不同的参数的条件下所产生的自进力大小，所述 参数包括喷距、流量、模拟井筒3的直径和喷嘴的结构。
[0055] 虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明 的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实 施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并 不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1. 一种用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，包括： 固定的测试台架（2); 水平地设在测试台架（2)上的模拟井筒（3)，在所述模拟井筒（3)内设有自进式喷嘴 ⑴， 用于为所述自进式喷嘴（1)提供测试流体的压力源（9);和 拉力传感器（6)，其设在测试台架（2)上并通过拉力测试线（5)与自进式喷嘴（1)连 接，并在测试流体达到设定流量下的拉力测量值作为自进式喷嘴的自进力。
2. 根据权利要求1所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述自 进式喷嘴（1)与压力源（9)经高压软管（4)连接，所述高压软管（4)上连接有流量计（7)。
3. 根据权利要求1所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述自 进式喷嘴（1)包括正向喷射孔（1. 1)和反向喷射孔（1.2)，所述自进式喷嘴（1)的内部设有 喷射室（1.3)和用于连接高压软管（4)的连接腔（1.4)，所述正向喷射孔（1. 1)和反向喷射 孔（1. 2)均与喷射室（1. 3)连通。
4. 根据权利要求3所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述自 进式喷嘴（1)为圆柱状，所述正向喷射孔（1. 1)包括设在圆柱中心的中心喷射孔和若千个 分布在圆柱正面的非中心喷射孔。
5. 根据权利要求4所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述非 中心喷射孔的中心线位于正面的同一个圆上，若千个所述非中心喷射孔围绕中心喷射孔均 匀分布。
6. 根据权利要求5所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述中 心喷射孔和非中心喷射孔均包括一个喇叭状入口和一个喇叭状出口。
7. 根据权利要求1所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述模 拟井筒⑶的直径为30?70mm。
8. 根据权利要求7所述的用于测试自进式喷嘴的自进力的装置，其特征在于，所述模 拟井筒（3)与测试台架（2)经U型螺栓连接。
9. 一种用于测试自进式喷嘴的自进力的方法，包括以下步骤： 1) 提供固定的测试台架（2)，将模拟井筒（3)水平放置在测试台架（2)上，并将模拟井 筒⑶与测试台架（2)固定连接； 2) 将待测试的自进式嘴嘴（1)与高压软管（4)的一端连接，再将自进式嘴嘴（1)放入 模拟井筒（3)内，高压软管（4)的另一端经过流量计（7)后与压力源（9)的出口连接，所述 压力源（9)采用高压泵； 3) 将拉力测试线（5)的一端连接于自进式喷嘴（1)后端；将拉力传感器（6)固定在测 试台架（2)上，根据测试喷距调整拉力测试线（5)的长度，调整完毕后将拉力测试线（5)的 另一端与拉力传感器（6)连接； 4) 启动高压泵，并根据流量计（7)的示值慢慢增加高压泵的排量；当流量达到测试流 量时，记录下此时拉力传感器（6)上的数值，即为该流量条件下自进式喷嘴（1)所产生的自 进力。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，重复步骤1)?4)，调整并测量在不同的参 数的条件下所产生的自进力大小，所述参数包括喷距、流量、模拟井筒的直径和喷嘴的结构。
【文档编号】G01L5/00GK104215374SQ201310208531
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】马东军, 陶兴华, 王甲昌, 张海平, 张仁龙, 涂玉林, 刘鹏, 胡彦峰, 索忠伟, 王果, 白彬珍, 臧艳彬, 韩玉玺 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院