一种固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法与流程

本发明属于固井滑套工具技术领域，具体涉及一种固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法。

背景技术：

对于固井滑套类井下工具设计时，如何确定合理的端口形状、角度、面积（改变端口长度和个数）、外敷材料等，常规设计依靠经验、数值模拟等进行评价，设计成的工具入井后，存在工具性能不稳定，地层起裂困难，施工风险大，应急耗时长、成本不可控等问题。

技术实现要素：

本发明提供的固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法目的一是克服现有技术中固井滑套类工具不能贴近井下的实际工作状态，不能解决实际生产问题；目的二是克服现有技术中在设计固井滑套类井下工具时，不能确定合理的端口形状、角度、面积（改变端口长度和个数）、外敷材料等，常规设计依靠经验、数值模拟等进行评价，设计成的工具入井后，存在工具性能不稳定，地层起裂困难，施工风险大，应急耗时长、成本不可控等问题。

为此，本发明提供了一种固井滑套端口启动模拟装置，包括加载设备、实验工装和测量控制机构，所述加载设备包括轨道、可移动平台、加载液缸总成、下夹持钳升降立柱、下夹持钳、上夹持钳立柱、上夹持钳、可升降平台及plc控制器总成，轨道的上面分别连接可移动平台和可升降平台，可移动平台的上面左部连接plc控制器总成，可移动平台的上面中部连接加载液缸总成，plc控制器总成连接加载液缸总成，可移动平台的上面右部自前向后依次连接下夹持钳升降立柱和上夹持钳立柱，下夹持钳升降立柱套连下夹持钳左端，上夹持钳立柱套连上夹持钳左端，下夹持钳升降立柱和上夹持钳立柱均连接加载液缸总成且下夹持钳位于上夹持钳下方；

所述实验工装包括固井滑套类工具、打压接头，水泥填充装置、套管短节和试压井筒，套管短节可连接在可升降平台的上面，套管短节可内套固井滑套类工具，上夹持钳的右端连接固井滑套类工具，下夹持钳的右端可连接套管短节，水泥填充装置连接套管短节的上面，下夹持钳的右端可连接试压井筒，试压井筒可连接在可升降平台的上面，试压井筒的上面和侧面分别连接打压接头；

所述测量控制机构包括第一控制系统、第二控制系统和处理系统cpu，第一控制系统包括第一空压机、第一高压泵、第一止回阀、第一压力传感器、第一溢流阀和第三压力传感器，第一高压泵的一端、第一压力传感器的一端、第三压力传感器的一端和第一溢流阀的一端均连接处理系统cpu，第一高压泵的另一端依次连接第一空压机和第一止回阀的一端，第一压力传感器的另一端连接在第一空压机和第一止回阀之间，第三压力传感器的另一端、第一止回阀的另一端和第一溢流阀的另一端均连接试压井筒侧面的打压接头；第二控制系统包括第二空压机、第二高压泵、第二止回阀、第二压力传感器、第二溢流阀和第四压力传感器，第二高压泵的一端、第二压力传感器的一端、第四压力传感器的一端和第二溢流阀的一端均连接处理系统cpu，第二高压泵的另一端依次连接第二空压机和第二止回阀的一端，第二压力传感器的另一端连接在第二空压机和第二止回阀之间，第四压力传感器的另一端、第二止回阀的另一端和第二溢流阀的另一端均连接试压井筒上面的打压接头。

所述试压井筒包括密封塞、螺纹压环、第一密封圈、井口、第二密封圈、转换接头、套管短节、底座、第三密封圈、密封轴、防旋转套管短节和内六方平端紧定螺钉，井口的上部内侧轴向上连接密封塞，密封塞的中心轴上自上向下开设内压进口，密封塞的外壁套接螺纹压环，密封塞的下部外侧连接第一密封圈，井口的中部由外向内开设外压进口，井口的下面通过内六方平端紧定螺钉套接防旋转套管短节，密封塞的下面通过套管短节连接底座，转换接头套接在套管短节和防旋转套管短节之间，底座的下面中部轴向上连接密封轴，密封轴的上面连接第三密封圈。

所述可升降平台的结构为圆柱体，圆柱体的外部由内向外依次套接多个圆环形柱体。

所述加载液缸总成包括第一液缸、第一柱塞、第二液缸和第二柱塞，下夹持钳升降立柱的上面连接第一柱塞，下夹持钳升降立柱的上部连接第一液缸，上夹持钳立柱的上面连接第二柱塞，上夹持钳立柱的上部连接第二液缸。

所述可移动平台包括车轮和底盘，底盘的下面连接车轮，车轮连接轨道。

所述套管短节内涂脱模剂或机油。

所述固井滑套端口启动模拟装置的模拟方法包括如下步骤：

1）选取套管短节，由下夹持钳夹持套管短节，通过可移动平台左右移动和第一液缸上下移动带动下夹持钳相应移动直至将套管短节置于可升降平台上面中部；

2）由上夹持钳夹持固井滑套类工具，通过可移动平台左右移动和第二液缸上下移动带动上夹持钳相应移动直至将固井滑套类工具置于套管短节上面中部，将固井滑套类工具下压至套管短节内且固井滑套类工具下面与可升降平台下面接触；

3）启动水泥填充装置向套管短节与固井滑套类工具间的环形空间充填水泥；

4）待充填的水泥凝固后形成水泥环，通过可升降平台起升和上夹持钳上移将凝固有水泥环的固井滑套类工具上移直至水泥环与套管短节完全分离；

5）可升降平台起升部分下移，下夹持钳上移至解除其对套管短节的夹持；

6）下夹持钳夹持实验井筒并将实验井筒置于可升降平台上面中部，将凝固有水泥环的固井滑套类工具悬挂于实验井筒中，实验井筒的内压进口和外压进口均连接打压接头；

7）当试压井筒打压时，内压进口和外压进口压力发生变化，压力传感器采集数据后传至处理系统cpu与设定数据对比，测量控制机构的第一控制系统和第二控制系统进行泄压补压动作，完成实验压力供给。

所述步骤1）的套管短节内径尺寸为钻井尺寸内径的110%。

所述步骤7）内压进口打压至固井滑套类工具现场最高工作压力的120%，外压进口的打压压力取实际待下入位置地层压力。

本发明的有益效果：本发明提供的这种固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法，当试压井筒打压时，内压进口和外压进口压力发生变化，压力传感器采集数据后传至处理系统cpu与设定数据对比，测量控制机构的第一控制系统和第二控制系统进行泄压补压动作，完成实验压力供给，能实现固井滑套类井下工具在固井条件下滑套端口开启压力实验；同时此种固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法用于确定固井滑套类工具滑套端口形状、角度、面积（改变端口长度和个数）、外敷材料等设计参数，贴近此类工具在井下的实际工作状态，为固井滑套类工具的研发提供了实验平台，解决实际生产问题。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是固井滑套端口启动模拟装置结构示意图；

图2是加载设备结构左视图；

图3是加载设备结构俯视图；

图4是试压井筒结构图；

图5是可升降平台结构主视图；

图6是可升降平台结构俯视图；

图7是固井滑套端口启动模拟装置模拟固井状态示意图；

图8是加载液缸总成结构示意图。

附图标记说明：1、轨道；2、可移动平台；2-1、车轮；2-2、底盘；3、加载液缸总成；3-1、第一液缸；3-2、第一柱塞；3-3、第二液缸；3-4、第二柱塞；4、下夹持钳升降立柱；5、下夹持钳；6、上夹持钳立柱；7、上夹持钳；8、可升降平台；9、plc控制器总成；10、固井滑套类工具；11、打压接头；12、水泥填充装置；13、套管短节；14、试压井筒；14-1、密封塞；14-2、螺纹压环；14-3、第一密封圈；14-4、井口；14-5、第二密封圈；14-6、转换接头；14-7、套管短节；14-8、底座；14-9、第三密封圈；14-10、密封轴；14-11、防旋转套管短节；14-12、内六方平端紧定螺钉；14-a、内压进口；14-b、外压进口；15、第一空压机；15-1、第二空压机；16、第一高压泵；16-1、第二高压泵；17、第一止回阀；17-1、第二止回阀；18、第一压力传感器；18-1、第三压力传感器；18-2、第二压力传感器；18-3、第四压力传感器；19、第一溢流阀；19-1、第二溢流阀；20、第一控制系统；21、第二控制系统；22、处理系统cpu。

具体实施方式

实施例1：

如图1-8所示，一种固井滑套端口启动模拟装置，包括加载设备、实验工装和测量控制机构，所述加载设备包括轨道1、可移动平台2、加载液缸总成3、下夹持钳升降立柱4、下夹持钳5、上夹持钳立柱6、上夹持钳7、可升降平台8及plc控制器总成9，轨道1的上面分别连接可移动平台2和可升降平台8，可移动平台2的上面左部连接plc控制器总成9，可移动平台2的上面中部连接加载液缸总成3，plc控制器总成9连接加载液缸总成3，可移动平台2的上面右部自前向后依次连接下夹持钳升降立柱4和上夹持钳立柱6，下夹持钳升降立柱4套连下夹持钳5左端，上夹持钳立柱6套连上夹持钳7左端，下夹持钳升降立柱4和上夹持钳立柱6均连接加载液缸总成3且下夹持钳5位于上夹持钳7下方；

所述实验工装包括固井滑套类工具10、打压接头11，水泥填充装置12、套管短节13和试压井筒14，套管短节13可连接在可升降平台8的上面，套管短节13可内套固井滑套类工具10，上夹持钳7的右端连接固井滑套类工具10，下夹持钳5的右端可连接套管短节13，水泥填充装置12连接套管短节13的上面，下夹持钳5的右端可连接试压井筒14，试压井筒14可连接在可升降平台8的上面，试压井筒14的上面和侧面分别连接打压接头11；可移动平台2的中轴线与导轨1及可升降平台8中轴线对齐，下夹持钳升降立柱4和上夹持钳立柱6均与可移动平台2采用轴连接。

所述测量控制机构包括第一控制系统20、第二控制系统21和处理系统cpu22，第一控制系统20包括第一空压机15、第一高压泵16、第一止回阀17、第一压力传感器18、第一溢流阀19和第三压力传感器18-1，第一高压泵16的一端、第一压力传感器18的一端、第三压力传感器18-1的一端和第一溢流阀19的一端均连接处理系统cpu22，第一高压泵16的另一端依次连接第一空压机15和第一止回阀17的一端，第一压力传感器18的另一端连接在第一空压机15和第一止回阀17之间，第三压力传感器18-1的另一端、第一止回阀17的另一端和第一溢流阀19的另一端均连接试压井筒14侧面的打压接头11；第二控制系统21包括第二空压机15-1、第二高压泵16-1、第二止回阀17-1、第二压力传感器18-2、第二溢流阀19-1和第四压力传感器18-3，第二高压泵16-1的一端、第二压力传感器18-2的一端、第四压力传感器18-3的一端和第二溢流阀19-1的一端均连接处理系统cpu22，第二高压泵16-1的另一端依次连接第二空压机15-1和第二止回阀17-1的一端，第二压力传感器18-2的另一端连接在第二空压机15-1和第二止回阀17-1之间，第四压力传感器18-3的另一端、第二止回阀17-1的另一端和第二溢流阀19-1的另一端均连接试压井筒14上面的打压接头11。

选取套管短节13，plc控制器总成9控制可移动平台2和加载液缸总成3，由下夹持钳5夹持套管短节13，通过可移动平台2左右移动和加载液缸总成3上下移动带动下夹持钳5相应移动直至将套管短节13置于可升降平台8上面中部；

由上夹持钳7夹持固井滑套类工具10，通过可移动平台2左右移动和加载液缸总成3上下移动带动上夹持钳7相应移动直至将固井滑套类工具10置于套管短节13上面中部，将固井滑套类工具10下压至套管短节13内且固井滑套类工具10下面与可升降平台8下面接触；启动水泥填充装置12向套管短节13与固井滑套类工具10间的环形空间充填水泥；待充填的水泥凝固后形成水泥环，通过可升降平台8起升和上夹持钳7上移将凝固有水泥环的固井滑套类工具10上移直至水泥环与套管短节13完全分离；可升降平台8起升部分下移，下夹持钳5上移至解除其对套管短节13的夹持；下夹持钳5夹持实验井筒14并将实验井筒14置于可升降平台8上面中部，将凝固有水泥环的固井滑套类工具10悬挂于实验井筒14中，当试压井筒14打压时，压力传感器采集数据后传至处理系统cpu22与设定数据对比，测量控制机构的第一控制系统20和第二控制系统21进行泄压补压动作，完成实验压力供给；能实现固井滑套类井下工具在固井条件下滑套端口开启压力实验，用于确定固井滑套类工具滑套端口形状、角度、面积（改变端口长度和个数）、外敷材料等设计参数，贴近此类工具在井下的实际工作状态，为固井滑套类工具的研发提供了实验平台，解决实际生产问题。

实施例2

在实施例1的基础上，所述试压井筒14包括密封塞14-1、螺纹压环14-2、第一密封圈14-3、井口14-4、第二密封圈14-5、转换接头14-6、套管短节14-7、底座14-8、第三密封圈14-9、密封轴14-10、防旋转套管短节14-11和内六方平端紧定螺钉14-12，井口14-4的上部内侧轴向上连接密封塞14-1，密封塞14-1的中心轴上自上向下开设内压进口14-a，密封塞14-1的外壁套接螺纹压环14-2，密封塞14-1的下部外侧连接第一密封圈14-3，井口14-4的中部由外向内开设外压进口14-b，井口14-4的下面通过内六方平端紧定螺钉14-12套接防旋转套管短节14-11，密封塞14-1的下面通过套管短节14-7连接底座14-8，转换接头14-6套接在套管短节14-7和防旋转套管短节14-11之间，底座14-8的下面中部轴向上连接密封轴14-10，密封轴14-10的上面连接第三密封圈14-9。第一密封圈14-3、第二密封圈14-5和第三密封圈14-9均为o型密封圈，o型密封圈经济实用且密封效果好。固井滑套类工具10放置于套管短节13内，与套管短节13同心居中，采用水泥填充装置12向固井滑套类工具10与套管短节13的环空间隙管注水泥，待水泥环凝固后，去除外层套管短节13，将凝固有水泥环的固井滑套类工具10悬挂于试压井筒14内，两个打压接头11分别与试压井筒14的内压进口14-a、外压进口14-b连接。此种试压井筒14在打压时，密封性好，且内压进口14-a处的打压接头11方便中心管打压以及第一控制系统20进行泄压补压动作完成实验压力供给，外压进口14-b处的打压接头11方便环空打压以及第二控制系统21进行泄压补压动作完成实验压力供给。

所述可升降平台8的结构为圆柱体，圆柱体的外部由内向外依次套接多个圆环形柱体。可方便升降多种内径的凝固有水泥环的固井滑套类工具10，适应性广，且升降回落方便。

所述加载液缸总成3包括第一液缸3-1、第一柱塞3-2、第二液缸3-3和第二柱塞3-4，下夹持钳升降立柱4的上面连接第一柱塞3-2，下夹持钳升降立柱4的上部连接第一液缸3-1，上夹持钳立柱6的上面连接第二柱塞3-4，上夹持钳立柱6的上部连接第二液缸3-3。方便分别控制下夹持钳升降立柱4上的下夹持钳5和上夹持钳立柱6的上夹持钳7，结构简单，操作精准方便。

所述可移动平台2包括车轮2-1和底盘2-2，底盘2-2的下面连接车轮2-1，车轮2-1连接轨道1。结构接单，左右移动方便。

所述套管短节13内涂脱模剂或机油。方便套管短节13与凝固有水泥环的固井滑套类工具10分离。

实施例3

在实施例2的基础上，一种固井滑套端口启动模拟装置的模拟方法包括如下步骤：

1）选取套管短节13，由下夹持钳5夹持套管短节13，通过可移动平台2左右移动和第一液缸3-1上下移动带动下夹持钳5相应移动直至将套管短节13置于可升降平台8上面中部；

2）由上夹持钳7夹持固井滑套类工具10，通过可移动平台2左右移动和第二液缸3-3上下移动带动上夹持钳7相应移动直至将固井滑套类工具10置于套管短节13上面中部，将固井滑套类工具10下压至套管短节13内且固井滑套类工具10下面与可升降平台8下面接触；

3）启动水泥填充装置12向套管短节13与固井滑套类工具10间的环形空间充填水泥；

4）待充填的水泥凝固后形成水泥环，通过可升降平台8起升和上夹持钳7上移将凝固有水泥环的固井滑套类工具10上移直至水泥环与套管短节13完全分离；

5）可升降平台8起升部分下移，下夹持钳5上移至解除其对套管短节13的夹持；

6）下夹持钳5夹持实验井筒14并将实验井筒14置于可升降平台8上面中部，将凝固有水泥环的固井滑套类工具10悬挂于实验井筒14中，实验井筒14的内压进口14-a和外压进口14-b均连接打压接头11；

7）当试压井筒14打压时，内压进口14-a和外压进口14-b压力发生变化，压力传感器采集数据后传至处理系统cpu22与设定数据对比，测量控制机构的第一控制系统20和第二控制系统21进行泄压补压动作，完成实验压力供给。

所述步骤1）的套管短节13内径尺寸为钻井尺寸内径的110%。

所述步骤7）内压进口14-a打压至固井滑套类工具10现场最高工作压力的120%，外压进口14-b的打压压力取实际待下入位置地层压力。

本发明能实现固井滑套类井下工具在固井条件下滑套端口开启压力实验；同时此种固井滑套端口启动模拟装置及模拟方法用于确定固井滑套类工具滑套端口形状、角度、面积（改变端口长度和个数）、外敷材料等设计参数，贴近此类工具在井下的实际工作状态，为固井滑套类工具的研发提供了实验平台，解决实际生产问题。水泥填充装置为现有技术这里就不做详细说明。

本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“前”、“后”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。