一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及海洋钻探设备技术领域，特别是涉及一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置。


背景技术：

2.海洋无隔水管泥浆回收钻井工艺，工作原理是利用水下泥浆举升泵将上返至井口的泥浆举升，通过单独的泥浆上返管汇输送返回至钻井平台，进行泥浆的回收再利用，可解决泥浆污染海水的问题，同时实现双梯度钻井的功能。但传统的无隔水管泥浆回收钻井工艺依靠水下的举升泵来举升泥浆，存在如下弊端：(1)水下设备复杂，可靠性差；(2)含岩屑的泥浆对举升泵的冲蚀磨损，易导致泵损坏；(3)水下设备不易日常检修维护。
3.针对以上问题，可借鉴陆地常用的气举反循环钻井原理，通过甲板的空压机向泥浆上返管线内注气，利用气体举升泥浆代替水下泵举，实现泥浆的回收。气举用于无隔水管泥浆回收技术可有效简化水下设备，提高系统工作可靠性。
4.进行无隔水管条件下的泥浆回收时，需实时控制举升泥浆的流量等于泥浆上返至井口的流量。若大于则会出现将额外的海水一并回收，影响泥浆的性能；若小于则会出现上返至井口的泥浆溢出，污染海洋环境。在传统的水下泵举工艺中，可通过举升泵的调频来实现举升泥浆流量的变化；但对于气举泥浆举升工艺，目前处于前期可行性分析，尚无相关实践应用，因此亟需一种可用于上述工况模拟的试验装置以进行相关研究。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够模拟气举无隔水管泥浆回收过程，摸清各影响因素与泥浆上返流量的关系，为气举工艺用于无隔水管泥浆回收奠定基础。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型提供一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置，包括空气压缩机、测试控制系统以及依次连接的顶驱、气水龙头、双壁钻杆、气水混合器和单壁钻杆，所述测试控制系统包括气液分离罐、泥浆罐、返浆泵、流量计、液位计和控制单元，所述双壁钻杆的环状间隙上端通过所述气水龙头的注气口连通所述空气压缩机，所述双壁钻杆的环状间隙下端连通所述气水混合器，所述双壁钻杆的内管上端连通所述气水龙头的排渣口，所述气水龙头的排渣口通过所述顶驱连通所述气液分离罐，所述双壁钻杆的内管下端连通所述气水混合器，所述单壁钻杆上端连通所述气水混合器，所述气液分离罐的出液口与所述泥浆罐连通，所述液位计设置于所述泥浆罐上用于检测所述泥浆罐内液位，所述泥浆罐的出口连通所述返浆泵进口，所述返浆泵出口通过返浆管通向井内，所述流量计设置于所述返浆管上，所述空气压缩机、所述返浆泵、所述流量计和所述液位计均与所述控制单元电连接。
8.优选地，所述气液分离罐上端设有进浆口，所述顶驱通过排浆管连通所述进浆口，所述气液分离罐下端设置所述出液口，所述气液分离罐顶端设有排气组件，所述气液分离
罐内设有分离组件。
9.优选地，所述排气组件包括排气管和伞形挡板，所述排气管下端伸入所述气液分离罐内并连接所述伞形挡板，所述排气管伸入所述气液分离罐内的外周面上设有多个排气孔。
10.优选地，所述分离组件包括沿高度方向交错并间隔设置的多个分离板，各所述分离板均由连接在所述气液分离罐内壁的一端向另一端倾斜向下设置。
11.优选地，所述泥浆罐一端顶部设有与所述出液口连通的泥浆罐进口，另一端设置所述液位计，所述泥浆罐内沿水平方向交错并间隔设有多个隔板，各所述隔板均沿竖直方向设置，所述泥浆罐远离所述出液口的一端设有泥浆罐出口。
12.优选地，所述控制单元安装于所述泥浆罐顶端。
13.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
14.本实用新型提供的气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置，可模拟气举无隔水管泥浆回收过程，摸清各影响因素(注气量、气水混合器深度等)与泥浆上返流量的关系，为气举工艺用于无隔水管泥浆回收奠定基础。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型提供的气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型中测试控制系统的结构示意图；
18.图3为图2中的a部放大图；
19.图中：100-气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置、1-空气压缩机、2-测试控制系统、21-气液分离罐、210-出液口、211-进浆口、212-排气组件、213-分离组件、214-排气管、215-伞形挡板、216-排气孔、217-分离板、22-泥浆罐、221-泥浆罐进口、222-隔板、223-泥浆罐出口、23-返浆泵、24-流量计、25-液位计、26-控制单元、27-返浆管、3-顶驱、4-气水龙头、5-双壁钻杆、6-气水混合器、7-单壁钻杆、8-井、9-排浆管。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.本实用新型的目的是提供一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置，以解决现有技术存在的问题，能够模拟气举无隔水管泥浆回收过程，摸清各影响因素与泥浆上返流量的关系，为气举工艺用于无隔水管泥浆回收奠定基础。
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
23.如图1-图3所示，本实施例提供一种气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置100，包括空气压缩机1、测试控制系统2以及依次连接的顶驱3、气水龙头4、双壁钻杆5、气水混合器6和单壁钻杆7，测试控制系统2包括气液分离罐21、泥浆罐22、返浆泵23、流量计24、液位计25和控制单元26，双壁钻杆5的环状间隙上端通过气水龙头4的注气口连通空气压缩机1，双壁钻杆5的环状间隙下端连通气水混合器6，双壁钻杆5的内管上端连通气水龙头4的排渣口，气水龙头4的排渣口通过顶驱3连通气液分离罐21，双壁钻杆5的内管下端连通气水混合器6，单壁钻杆7上端连通气水混合器6，气液分离罐21的出液口210与泥浆罐22连通，液位计25设置于泥浆罐22上用于检测泥浆罐22内液位，泥浆罐22的出口连通返浆泵23进口，返浆泵23出口通过返浆管27通向井8内，流量计24设置于返浆管23上，空气压缩机1、返浆泵23、流量计24和液位计25均与控制单元26电连接。
24.本试验装置工作时，将井8内注满泥浆，确认气水混合器6的下入位置，下入相应长度的双壁钻杆5和单壁钻杆7；启动空气压缩机1，高压气体经气水龙头4、双壁钻杆5进入到气水混合器6，与双壁钻杆5的中心通道内的泥浆混合，形成气液混合流体，由于气液混合流体比重小，在双壁钻杆5内外形成压差，在双壁钻杆5内外压差作用下，井底的泥浆不断进入单壁钻杆7，经气水混合器6、双壁钻杆5、气水龙头4和顶驱3上返至地面，并进入气液分离罐21中进行气液分离，分离出的泥浆进入泥浆罐22内；液位计25和流量计24实时测量泥浆罐22内泥浆液位和上返泥浆流量，控制单元26实时读取液位计25和流量计24测量信息，并分别与预设液位值和目标流量比对，当实际液位值不等于预设液位值时，控制单元26控制返浆泵23加大或减小泵量，直至实际液位值等于预设液位值；当上返泥浆流量不等于目标流量时，控制单元26控制空气压缩机1增大或减小压缩气体排量，以增强或减弱气举效应，从而提高或降低上返泥浆流量，直至上返泥浆流量等于目标流量，预设液位值是操作人员给定的某一个值，通过不断调整泵量，使液位计25测得的值维持在预设液位值，间接证明气举泥浆上返的量与返浆泵23排出的量相同，此时通过流量计24测得返浆泵23排出的量即可知道泥浆上返的量；目标流量指的气举过程中泥浆上返的量，这个数值在实际钻探过程是需要根据现场的情况确定的，而且会根据现场的情况不断改变的，所以对于本试验装置，目标流量也是操作人员假设给出的一个流量值，就是要探究不断变化的目标流量，需要通过哪些措施来实现(比如改变空气压缩机1注气量，改变气水混合器6下入深度等)。其中，空气压缩机1通过变频控制实现排气量的调节；改变气水混合器6的下入位置，通过控制单元26重复控制调节泥浆液位值和上返泥浆流量，实现多次试验的目的。通过以上试验，本装置能够模拟气举无隔水管泥浆回收过程，摸清各影响因素(注气量、气水混合器深度等)与泥浆上返流量的关系，为气举工艺用于无隔水管泥浆回收奠定基础。
25.本实施例中，气液分离罐21上端设有进浆口211，顶驱3通过排浆管9连通进浆口211，气液分离罐21下端设置出液口210，气液分离罐21顶端设有排气组件212，气液分离罐21内设有分离组件213。气液混合流体经排浆管9和进浆口211进入气液分离罐21内进行气液分离，气体从排气组件212排出，分离出的泥浆从出液口210流入泥浆罐22中，通过分离组件213提高气液分离效果。
26.本实施例中，排气组件212包括排气管214和伞形挡板215，排气管214下端伸入气液分离罐21内并连接伞形挡板215，排气管214伸入气液分离罐21内的外周面上设有多个排气孔216，防止高速气液两相流体进入气液分离罐21内后部分流体直接从排气孔溅出。
27.本实施例中，分离组件213包括沿高度方向交错并间隔设置的多个分离板217，各分离板217均由连接在气液分离罐21内壁的一端向另一端倾斜向下设置，加大气液两相流体的流动面积，提高气液分离效果。
28.本实施例中，泥浆罐22一端顶部设有与出液口210连通的泥浆罐进口221，另一端设置液位计25，泥浆罐22内沿水平方向交错并间隔设有多个隔板222，各隔板222均沿竖直方向设置，泥浆罐22远离出液口210的一端设有泥浆罐出口223，从气液分离罐21排出的泥浆流量大，通过设置多层隔板222来稳定液面，保证液位计25的测量准确性。
29.本实施例中，控制单元26安装于泥浆罐22顶端，安装方便。
30.一种基于以上所述的气举无隔水管泥浆回收模拟试验装置100的气举无隔水管泥浆回收模拟试验方法，包括以下步骤：
31.s1：将井8内注满泥浆，确认气水混合器6的下入位置，下入相应长度的双壁钻杆5和单壁钻杆7；
32.s2：启动空气压缩机1，高压气体经气水龙头4、双壁钻杆5进入到气水混合器6，与双壁钻杆5的中心通道内的泥浆混合，形成气液混合流体，在双壁钻杆5内外压差作用下，井底的泥浆不断进入单壁钻杆7，经气水混合器6、双壁钻杆5、气水龙头4和顶驱3上返至地面，并进入气液分离罐21中进行气液分离，分离出的泥浆进入泥浆罐22内；
33.s3：液位计25和流量计24实时测量泥浆罐22内泥浆液位和上返泥浆流量，控制单元26实时读取液位计25和流量计24测量信息，并分别与预设液位值和目标流量比对，当实际液位值不等于预设液位值时，控制单元26控制返浆泵23加大或减小泵量，直至实际液位值等于预设液位值；当上返泥浆流量不等于目标流量时，控制单元26控制空气压缩机1增大或减小压缩气体排量，以增强或减弱气举效应，从而提高或降低上返泥浆流量，直至上返泥浆流量等于目标流量；
34.s4：改变气水混合器6的下入位置，重复进行步骤s2和s3。
35.通过以上试验，本装置能够模拟气举无隔水管泥浆回收过程，摸清各影响因素(注气量、气水混合器深度等)与泥浆上返流量的关系，为气举工艺用于无隔水管泥浆回收奠定基础。
36.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。