带压钻进的井下工具试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于钻井实验平台的带压钻进的井下工具试验装置。
【背景技术】
[0002]由于钻井过程现场问题的复杂性以及生产事故可能导致的严重后果，进行钻井工艺、工具的实验对钻机技术发展具有至关重要意义。为克服和避免钻井过程的隐蔽性、复杂性给现场试验带来的风险，探索提高钻井的质量与速度、控制钻井成本、预防与解决钻井的复杂事故等进行了大量的研宄，相关领域专家设计并建立小型钻井模拟试验装置、全尺寸钻井模拟试验装置、井控模拟井、中试基地模拟井等装置，这些装置在一定程度上可满足钻井技术要求，避免钻井现场试验带来的风险。但是随着钻井技术的飞速发展，大量钻井新技术、新工艺、新工具不断出现，对相应的实验设备、实验技术和实验手段提出了新的要求，现有实验条件或平台已不能很好满足新型定向井、空气钻、控压钻井以及进行带压钻进(含高温高压)过程中的关键参数测试等需要。同时在整个模拟钻井实验平台的过程中，如果钻井系统的压力窗口设计不当，会严重影响钻井实验平台的使用寿命和安全性能，甚至带来巨大的经济损失和人员伤亡。
[0003]基于此，本发明通过与现有实验平台进行比较，对实验平台增加了多种功能，能够模拟水平井筒和竖直井筒两种方案。提出采用载荷内、外平衡的设计方法进行的一种带压钻进的井下工具试验装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:为了保证钻井实验平台的设计更为合理，钻机系统具有合理的压力，提高钻井实验平台的使用寿命以及安全性能，减少经济损失和人员伤亡，特提出一种带压钻进的井下工具试验装置。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井外平衡受力模拟时，主要是由支撑门架、起升装置、动力水龙头、防喷卡瓦、旋转防喷器、法兰、套管头、套管、井筒、钻头、螺钉、挡板组成；其特征在于，支撑门架上安装有起升装置、动力水龙头，防喷卡瓦与旋转防喷器安装在一起，旋转防喷器下端接套管头，套管头下端连接套管，套管下端连接着钻头，井筒通过法兰连接到套管头上，在井筒下端连接上挡板，并通过螺钉将挡板与井筒固定在地层；进行水平钻井外平衡受力模拟时，在竖直钻井模拟的基础上，将支撑门架调到水平位置，套管水平放置并由固定支架支撑。
[0007]带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井内平衡受力模拟时，主要是由支撑门架、起升装置、动力水龙头、防喷卡瓦、旋转防喷器、法兰、套管头、套管、井筒、钻头、上挡板、下挡板、螺栓组成；其特征在于，支撑门架上安装有起升装置、动力水龙头，防喷卡瓦与旋转防喷器安装在一起，旋转防喷器下端接套管头，套管头下端连接套管，套管下端连接着钻头，井筒通过法兰连接到套管头上，在井筒下端连接有上挡板，套管上有下挡板，通过螺栓将上挡板和下挡板连接在一起，使井筒连接在套管上；进行水平钻井内平衡受力模拟时，在竖直钻井内平衡模拟的基础上，将支撑门架调到水平位置，套管水平放置并由固定支架支撑。
[0008]本发明的有益效果是:(I)该试验装置通过以井筒作为钻机系统和钻头的关键连接部件，采用载荷内、外平衡受力的设计方法，为钻机系统载荷平衡系统的强度校核和应力分析提高参考；(2)进行水平钻井和竖直钻井的内、外平衡受力模拟，较全面地对钻井实验平台在不同类型的井筒下作业提供了设计改进思路，对实效分析和安全评价具有参考意义。
【附图说明】
[0009]图1是本发明带压钻进的井下工具试验装置模拟竖直钻井外平衡受力的示意图。
[0010]图中:1.支撑门架、2.起升装置、3.动力水龙头、4.防喷卡瓦、5.旋转防喷器、6.法兰、7.套管头、8.套管、9.井筒、10.钻头、11.螺钉、12.挡板。
[0011]图2是本发明带压钻进的井下工具试验装置模拟水平钻井外平衡受力的示意图。
[0012]图中:1.支撑门架、2.起升装置、3.动力水龙头、4.防喷卡瓦、5.旋转防喷器、6.法兰、7.套管头、8.套管、9.井筒、10.钻头、11.螺钉、12.挡板、13.固定支架。
[0013]图3是本发明带压钻进的井下工具试验装置模拟竖直钻井内平衡受力的示意图。
[0014]图中:1.支撑门架、2.起升装置、3.动力水龙头、4.防喷卡瓦、5.旋转防喷器、6.法兰、7.套管头、8.套管、9.井筒、10.上挡板、11.下挡板、12.螺栓、13.钻头。
[0015]图4是本发明带压钻进的井下工具试验装置模拟水平钻井内平衡受力的示意图。
[0016]图中:1.支撑门架、2.起升装置、3.动力水龙头、4.防喷卡瓦、5.旋转防喷器、6.法兰、7.套管头、8.套管、9.井筒、10.上挡板、11.下挡板、12.螺栓、13.钻头、14.固定支架。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]根据附图1所示，带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井外平衡受力模拟时，主要是由支撑门架1、起升装置2、动力水龙头3、防喷卡瓦4、旋转防喷器5、法兰6、套管头7、套管8、井筒9、钻头10、螺钉11、挡板12组成；其特征在于，支撑门架I上安装有起升装置2、动力水龙头3，防喷卡瓦4与旋转防喷器5安装在一起，旋转防喷器5下端接套管头7，套管头7下端连接套管8，套管8下端连接着钻头10，井筒9通过法兰6连接到套管头7上，在井筒9下端连接上挡板12，并通过螺钉11将挡板12与井筒9固定在地层。
[0019]实施例2
[0020]根据附图2所示，带压钻进的井下工具试验装置，在进行水平钻井外平衡受力模拟时，主要是由支撑门架1、起升装置2、动力水龙头3、防喷卡瓦4、旋转防喷器5、法兰6、套管头7、套管8、井筒9、钻头10、螺钉11、挡板12、固定支架13组成；其特征在于，支撑门架I水平安置，其上安装有起升装置2、动力水龙头3，防喷卡瓦4与旋转防喷器5安装在一起，旋转防喷器5下端接套管头7，套管头7下端连接套管8，套管8下端连接着钻头10，井筒9通过法兰6连接到套管头7上，在井筒9下端连接上挡板12，并通过螺钉11将挡板12与井筒9固定在地层，井筒9水平放置并由固定支架13支撑。
[0021]实施例3
[0022]根据附图3所示，带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井内平衡受力模拟时，主要是由支撑门架1、起升装置2、动力水龙头3、防喷卡瓦4、旋转防喷器5、法兰6、套管头7、套管8、井筒9、上挡板10、下挡板11、螺栓12、钻头13组成；其特征在于，支撑门架I上安装有起升装置2、动力水龙头3，防喷卡瓦4与旋转防喷器5安装在一起，旋转防喷器5下端接套管头6，套管头6下端连接套管7，套管7下端连接着钻头13，井筒9通过法兰6连接到套管头7上，在井筒9下端连接有上挡板10，套管8上有下挡板11，通过螺栓12将上挡板10和下挡板11连接在一起，使井筒9连接在套管8上。
[0023]实施例4
[0024]根据附图4所示，带压钻进的井下工具试验装置，在进行水平钻井内平衡受力模拟时，主要是由支撑门架1、起升装置2、动力水龙头3、防喷卡瓦4、旋转防喷器5、法兰6、套管头7、套管8、井筒9、上挡板10、下挡板11、螺栓12、钻头13、固定支架14组成；其特征在于，支撑门架I水平安置，其上安装有起升装置2、动力水龙头3，防喷卡瓦4与旋转防喷器5安装在一起，旋转防喷器5下端接套管头6，套管头6下端连接套管7，套管7下端连接着钻头13，井筒9通过法兰6连接到套管头7上，在井筒9下端连接有上挡板10，套管8上有下挡板11，通过螺栓12将上挡板10和下挡板11连接在一起，使井筒9连接在套管8上，井筒9水平放置并由固定支架14支撑。
[0025]工作过程中，在进行带压钻进的井下工具试验装置竖直钻井外平衡受力模拟时，首先启动钻井实验平台动力装置，钻机系统开始运行，循环液通过循环液进口进入动力水龙头3，动力水龙头3驱动循环液进入井下工具，同时起升装置2产生下压力，使套管8在带压状态下进行工作，当钻头10破碎地层岩石时，岩石对钻头10产生一个反作用力，此力通过井筒9传到钻机系统的支撑门架I上。在进行带压钻进的井下工具试验装置竖直钻井内平衡受力模拟时，井筒9与套管8下端连接在一起，脱离了第一层平台，处于悬挂状态，启动钻井实验平台动力装置，钻机系统开始运行，循环液通过循环液进口进入动力水龙头3，动力水龙头3驱动循环液进入井下工具，同时起升装置2产生下压力，使套管8和井筒9在带压状态下进行工作，当钻头13破碎地层岩石时，岩石对钻头13产生一个反作用力，此力传到井筒9上，使井筒9受到轴向载荷。
【主权项】
1.带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井外平衡受力模拟时，主要是由支撑门架、起升装置、动力水龙头、防喷卡瓦、旋转防喷器、法兰、套管头、套管、井筒、钻头、螺钉、挡板组成；其特征在于，支撑门架(I)上安装有起升装置(2)、动力水龙头(3)，防喷卡瓦(4)与旋转防喷器(5)安装在一起，旋转防喷器(5下)端接套管头(7)，套管头(7)下端连接套管(8)，套管⑶下端连接着钻头(10)，井筒(9)通过法兰(6)连接到套管头(7)上，在井筒(9)下端连接上挡板(12)，并通过螺钉(11)将挡板(12)与井筒(9)固定在地层。
2.根据权利要求1所述的带压钻进的井下工具试验装置，其特征在于进行水平钻井外平衡受力模拟时，在竖直钻井模拟的基础上，将支撑门架(I)调到水平位置，井筒(9)水平放置并由固定支架(11)固定。
3.带压钻进的井下工具试验装置，在进行竖直钻井内平衡受力模拟时，主要是由支撑门架、起升装置、动力水龙头、防喷卡瓦、旋转防喷器、法兰、套管头、套管、井筒、上挡板、下挡板、螺栓、钻头组成；其特征在于，支撑门架(I)上安装有起升装置(2)、动力水龙头(3)，防喷卡瓦(4)与旋转防喷器(5)安装在一起，旋转防喷器(5)下端接套管头(6)，套管头(6)下端连接套管(7)，套管(7)下端连接着钻头(13)，井筒(9)通过法兰(6)连接到套管头(7)上，在井筒(9)下端连接有上挡板(10)，套管(8)上有下挡板(11)，通过螺栓(12)将上挡板(10)和下挡板(11)连接在一起，使井筒(9)连接在套管(8)上脱离第一层平台。
4.根据权利要求3所述的带压钻进的井下工具试验装置，其特征在于进行水平钻井内平衡受力模拟时，在竖直钻井模拟的基础上，将支撑门架(I)调到水平位置，井筒(9)水平放置并由固定支架(14)固定。
【专利摘要】本发明公开了一种用于钻井实验平台的带压钻进的井下工具试验装置，通过以井筒作为钻井系统和钻头的关键连接部件，采用井筒与地层连接，将钻头破碎地层岩石受到的作用反力传递到支撑门架上的外平衡受力方法与井筒脱离第一层平台与套管连接在一起，并受到钻头破碎岩石时的轴向作用反力的两种方法对竖直钻井和水平钻井进行了模拟，对钻井实验平台的设计优化以及失效分析、安全评价具有参考意见。
【IPC分类】G01M99-00
【公开号】CN104880333
【申请号】CN201510310448
【发明人】田家林, 袁长福, 杨琳, 李双双, 杨志, 刘刚, 吴纯明, 李友
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月9日