井眼清洁工具试验装置及利用其对井眼清洁工具进行性能评价的方法
【专利摘要】本发明公开了一种井眼清洁工具试验装置及利用该装置对井眼清洁工具进行性能评价的方法，该装置包括模拟套管、电机、性能测试装置、高度调节装置和供料装置；模拟套管固定在支撑装置上，用于安装待测井眼清洁工具，电机设置于模拟套管一侧，用于带动所述待测井眼清洁工具转动；供料装置分别通过管线与模拟套管的两端连接，形成回路；性能测试装置通过设置在模拟套管侧壁上的检测器采集数据并对采集到的数据进行分析；高度调节装置用于调整待测井眼清洁工具的倾斜角度。该装置能够模拟工程条件下大位移井、水平井岩屑运移，及井眼清洁工具对岩屑运移的影响；利用其对井眼清洁工具进行性能评价的方法得到的结果精确可信。
【专利说明】
井眼清洁工具试验装置及利用其对井眼清洁工具进行性能评价的方法
技术领域
[0001]本发明涉及石油天然气钻探领域，特别是涉及一种井眼清洁工具试验装置及利用其对井眼清洁工具进行性能评价的方法。
【背景技术】
[0002]随着各大油田开发的逐渐深入，水平井、大斜度井、大位移井、多分支井等复杂结构井数量越来越多。然而由于复杂结构井井斜较大，这给岩肩床的形成提供了条件。这是因为环空岩肩浓度随井斜增大而增大，井眼净化程度随井斜角增加而下降，即井斜角越大的井段越易形成岩肩床。
[0003]岩肩床严重影响了机械钻速，钻进时阻力增加，尤其是定向井、水平井时易形成井下的脱压现象，导致钻头处没有钻压，长时间没有进尺，工程进度缓慢，增加钻井成本;岩肩床导致钻柱扭矩增大，严重时甚至扭断井内钻柱，产生严重的井下事故;岩肩床还是钻具粘卡产生的主要原因，岩肩床的存在使测试工具受阻，使下套管固井作业困难，水泥封固质量差。
[0004]为解决岩肩床问题，提高井眼清洁效率，钻井工程师研发了多种井眼辅助清洁工具，如岩肩床破坏工具、倒划眼扶正器、高效清洁钻杆等。然而这些工具在实际工况下作用情况如何，工具的结构参数对岩肩运移的影响大小等，是无法得知的。目前多采用计算机仿真流体分析的方法，简化了很多条件，与实际是有很大出入的。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种井眼清洁工具试验装置及利用该装置对井眼清洁工具进行性能评价的方法，其能够模拟工程条件下大位移井、水平井岩肩运移，以及井眼清洁工具对岩肩运移的影响，为井下井眼清洁工具的设计和现场应用提供理论依据和指导。
[0006]为此，本发明的技术方案如下:
[0007]—种井眼清洁工具试验装置，包括模拟套管、电机、性能测试装置、高度调节装置和供料装置；
[0008]所述模拟套管底部两端分别固定在支撑装置上，用于安装待测井眼清洁工具，所述电机设置于所述模拟套管一侧，用于带动所述待测井眼清洁工具转动；
[0009]所述供料装置分别通过管线与所述模拟套管的两端连接，用于从所述模拟套管前端向其内部输送钻井液和岩肩，并汇集从所述待测井眼清洁工具后端输出的混合液，形成回路；
[0010]所述性能测试装置包括设置于所述模拟套管两端的压力传感器、设置于所述模拟套管上的超声固相检测仪、以及与所述压力传感器、超声固相检测仪连接的数据采集器，所述数据采集器将从所述压力传感器和超声固相检测仪采集到的信息传输至计算机；
[0011]所述高度调节装置用于调整所述待测井眼清洁工具的倾斜角度，或者直接调整所述模拟套管的倾斜角度，继而调整所述待测井眼清洁工具的倾斜角度。
[0012]进一步，所述高度调节装置为与所述井眼清洁工具连接的偏心调节器，或者是高度能分别进行调整的支撑装置，及与所述支撑装置配套使用的、高度可调的电机支撑架。
[0013]进一步，所述模拟套管为透明有机玻璃管，且管壁上设有多个取料口。
[0014]进一步，所述供料装置包括岩肩注入装置和钻井液注入装置;所述钻井液注入装置包括通过管线依次连接的固液分离装置、泥浆罐、截止阀1、栗、止回阀、截止阀II和流量计，从所述待测井眼清洁工具后端输出的混合液经所述固液分离装置进入泥浆罐;所述岩肩注入装置通过管道并入流量计与模拟套管前端的管线;所述岩肩注入装置包括岩肩保存箱和用于把所述岩肩保存箱内的岩肩送入管线中的输入装置。优选，所述栗为柱塞栗或离心栗。
[0015]进一步，所述泥浆罐还连接有电动调节阀，用于精确输出泥浆罐内的钻井液。
[0016]利用如上所述井眼清洁工具试验装置对井眼清洁工具进行性能测试的方法，包括如下步骤:
[0017]I)将待测试的井眼清洁工具安装在模拟套管内部；
[0018]2)利用高度调节装置调节所述待测井眼清洁工具的倾斜角度；
[0019]3)开启电机，待测试的井眼清洁工具旋转工作；
[0020]4)利用供料装置从所述模拟套管前端向其内部输送钻井液和岩肩，在模拟套管内混合，利用数据采集器将压力传感器、超声固相检测仪采集到的数据传输至计算机;从所述待测井眼清洁工具后端输出的混合液又回到所述供料装置中，循环使用。
[0021]该井眼清洁工具试验装置结构简单，其能够模拟工程条件下大位移井、水平井岩肩运移，以及井眼清洁工具对岩肩运移的影响，为井下井眼清洁工具的设计和现场应用提供理论依据和指导;利用该装置对井眼清洁工具进行性能评价的方法操作方便，易于实现。
【附图说明】
[0022]图1为本发明提供的井眼清洁工具试验装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0024]如图1所示，一种井眼清洁工具试验装置，包括模拟套管19、电机8、性能测试装置、高度调节装置25和供料装置;模拟套管19底部两端分别固定在支撑装置14上，用于安装待测井眼清洁工具11，电机8设置于模拟套管19一侧，用于带动待测井眼清洁工具11转动;供料装置分别通过管线与模拟套管19的两端连接，用于从模拟套管19前端向其内部输送钻井液和岩肩，并汇集从待测井眼清洁工具11后端输出的混合液，形成回路;具体而言:供料装置包括岩肩注入装置和钻井液注入装置;钻井液注入装置包括通过管线依次连接的固液分离装置22、泥浆罐1、截止阀12、栗3、止回阀28、截止阀114和流量计5，从待测井眼清洁工具11后端输出的混合液经固液分离装置22进入泥浆罐I;岩肩注入装置通过管道并入流量计5与模拟套管19前端的管线;岩肩注入装置包括岩肩保存箱6和用于把岩肩保存箱6内的岩肩送入管线中的输入装置7。栗3为柱塞栗或离心栗等能够输送钻井液或使钻井液增压的设备。固液分离装置22是对出口处的钻井液进行过滤的装置。性能测试装置包括设置于模拟套管19两端的压力传感器10、设置于模拟套管19上的超声固相检测仪12、以及与压力传感器10、超声固相检测仪12连接的数据采集器20，数据采集器20将从压力传感器10和超声固相检测仪12采集到的信息传输至计算机21;超声固相检测仪12是用来检测钻井液的固液含量;压力传感器10是检测所述模拟套管19内的压力；高度调节装置25用于调整待测井眼清洁工具11的倾斜角度，或者直接调整模拟套管19的倾斜角度，继而调整待测井眼清洁工具11的倾斜角度。模拟套管19为透明有机玻璃管，且管壁上设有多个取料口 15。
[0025]作为本发明的一个实施例:高度调节装置25为与待测井眼清洁工具11连接的偏心调节器。
[0026]作为本发明的另一个实施例，高度调节装置25为高度能分别进行调整的支撑装置14，及与支撑装置14配套使用的、高度可调的电机8支撑架。
[0027]优选，泥浆罐I还连接有电动调节阀29，用于精确输出泥浆罐I内的钻井液。
[0028]利用该井眼清洁工具试验装置对井眼清洁工具进行性能测试的方法，包括如下步骤:
[0029]I)将待测试的井眼清洁工具11安装在模拟套管19内部；
[0030]2)利用高度调节装置25调节井眼清洁工具11的倾斜角度；
[0031]3)开启电机8，井眼清洁工具11旋转工作；
[0032]4)利用供料装置从模拟套管19前端向其内部输送钻井液和岩肩，在模拟套管19内混合，利用数据采集器20将压力传感器10、超声固相检测仪12采集到的数据传输至计算机21;从井眼清洁工具11后端输出的混合液又回到供料装置中，循环使用。
[0033]具体如下:开启无级变速电机8带动井眼清洁工具11旋转;开启栗3，打开截止阀12和114、止回阀28，将泥浆罐I中的钻井液通过输送到模拟套管19内(当发生憋栗等意外情况时可关闭止回阀28，防止钻井液回流;为了精确控制钻井液流量可打开电动调节阀29;同时将岩肩放入岩肩保存箱6内，开启送料装置7，将岩肩通过管线输送到模拟套管19内与钻井液混合;通过三个取样窗口 15进行取样并检测钻井液中固相浓度的变化;通过数据采集器20将压力传感器10、超声固相检测仪12的数据传输到计算机21上，进行数据处理和分析;将井眼清洁工具11后端流出的钻井液通过管线24输入至固液分离装置22中进行过滤，将过滤后的钻井液输送到泥浆罐I中循环利用。通过调节模拟套管19斜度，再用同样的方法进行试验可得不同斜度的试验结果。
【主权项】
1.一种井眼清洁工具试验装置，其特征在于:包括模拟套管(19)、电机(8)、性能测试装置、高度调节装置(25)和供料装置； 所述模拟套管(19)底部两端分别固定在支撑装置(14)上，用于安装待测井眼清洁工具(11)，所述电机(8)设置于所述模拟套管(19)一侧，用于带动所述待测井眼清洁工具(11)转动； 所述供料装置分别通过管线与所述模拟套管(19)的两端连接，用于从所述模拟套管(19)前端向其内部输送钻井液和岩肩，并汇集从所述待测井眼清洁工具(11)后端输出的混合液，形成回路； 所述性能测试装置包括设置于所述模拟套管(19)两端的压力传感器(10)、设置于所述模拟套管(19)上的超声固相检测仪(12)、以及与所述压力传感器(10)、超声固相检测仪(12)连接的数据采集器(20)，所述数据采集器(20)将从所述压力传感器(10)和超声固相检测仪(12)采集到的信息传输至计算机(21); 所述高度调节装置(25)用于调整所述待测井眼清洁工具(11)的倾斜角度，或者直接调整所述模拟套管(19)的倾斜角度，继而调整所述待测井眼清洁工具(11)的倾斜角度。2.如权利要求1所述井眼清洁工具试验装置，其特征在于:所述高度调节装置(25)为与所述待测井眼清洁工具(11)连接的偏心调节器，或者是高度能分别进行调整的支撑装置(14)，及与所述支撑装置(14)配套使用的、高度可调的电机(8)支撑架。3.如权利要求1所述井眼清洁工具试验装置，其特征在于:所述模拟套管(19)为透明有机玻璃管，且管壁上设有多个取料口( 15)。4.如权利要求1或2或3所述井眼清洁工具试验装置，其特征在于:所述供料装置包括岩肩注入装置和钻井液注入装置;所述钻井液注入装置包括通过管线依次连接的固液分离装置(22)、泥浆罐(I)、截止阀1(2)、栗(3)、止回阀(28)、截止阀11(4)和流量计(5)，从所述待测井眼清洁工具(11)后端输出的混合液经所述固液分离装置(22)进入泥浆罐(I);所述岩肩注入装置通过管道并入流量计(5)与模拟套管(19)前端的管线;所述岩肩注入装置包括岩肩保存箱(6)和用于把所述岩肩保存箱(6)内的岩肩送入管线中的输入装置(7)。5.如权利要求4所述井眼清洁工具试验装置，其特征在于:所述泥浆罐(I)还连接有电动调节阀(29)，用于精确输出泥浆罐(I)内的钻井液。6.如权利要求4所述井眼清洁工具试验装置，其特征在于:所述栗(3)为柱塞栗或离心栗O7.利用权利要求1所述井眼清洁工具试验装置对井眼清洁工具进行性能测试的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)将待测试的井眼清洁工具(11)安装在模拟套管(19)内部； 2)利用高度调节装置(25)调节所述井眼清洁工具(11)的倾斜角度； 3)开启电机(8)，井眼清洁工具(11)旋转工作； 4)利用供料装置从所述模拟套管(19)前端向其内部输送钻井液和岩肩，在模拟套管(19)内混合，利用数据采集器(20)将压力传感器(10)、超声固相检测仪(12)采集到的数据传输至计算机(21);从所述井眼清洁工具(11)后端输出的混合液又回到所述供料装置中，循环使用。
【文档编号】E21B47/06GK105909235SQ201610490992
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】吴欣袁, 李娜, 王建龙, 刘轩, 李瑞明, 董继平, 杜强, 刘超
【申请人】中国石油集团渤海钻探工程有限公司