井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法

井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法
【专利摘要】本发明提供了一种井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法。所述井下工具地面磨铣试验系统包括：动力驱动系统、磨铣载荷调节系统、和计算机测控系统；井下工具与所述套管均水平设置；所述动力驱动系统包括：旋转驱动装置、以及磨鞋，所述磨鞋的转轴水平设置；所述磨铣载荷调节系统包括：水平驱动装置；所述井下工具与所述套管位于所述磨鞋与所述水平驱动装置之间；计算机测控系统，连接所述旋转驱动装置和水平驱动装置，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置的实验参数。井下工具磨铣方法，包括以下步骤：先进行井下工具地面磨铣试验，在地面上模拟井下工具的磨铣。本发明为实际施工作业提供可靠的数据指导。
【专利说明】井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及采油领域，具体涉及一种井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法，用于油田井下作业过程中，磨铣工具选择及磨铣参数设置。

【背景技术】
[0002]油田开采过程中，根据不同的开采技术需求，经常通过下入可磨铣的井下工具(井下工具例如包括中心管和套设在中心管外的桥塞)对油井采取措施。然而，在磨铣井下工具的施工作业中，如何科学选择磨鞋类型、磨铣的转速、转矩等参数来确保安全、优质、高效的施工是长期以来关注的焦点。
[0003]综上所述，现有技术中存在以下问题:在磨铣井下工具的施工作业中，如何科学选择磨统参数。


【发明内容】

[0004]本发明提供一种井下工具地面磨铣试验系统和井下工具磨铣方法，以解决在磨铣井下工具的施工作业中磨统参数的选择问题。
[0005]为此，本发明提出一种井下工具地面磨铣试验系统，用于对井下工具进行磨铣试验，所述井下工具地面磨铣试验系统包括:
[0006]对井下工具进行磨铣的动力驱动系统、推动所述井下工具进行水平移动的磨铣载荷调节系统、和测量实验参数的计算机测控系统；
[0007]所述井下工具设置在套管中，所述井下工具与所述套管均水平设置；
[0008]所述动力驱动系统包括:旋转驱动装置、以及受旋转驱动装置驱动的磨鞋，所述磨鞋的转轴水平设置；
[0009]所述磨铣载荷调节系统包括:水平驱动装置，驱动所述套管向所述磨鞋水平移动；
[0010]所述井下工具与所述套管位于所述磨鞋与所述水平驱动装置之间；
[0011]计算机测控系统，连接所述旋转驱动装置和水平驱动装置，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置的实验参数；
[0012]所述井下工具与所述套管、所述动力驱动系统、磨铣载荷调节系统、和计算机测控系统，均设置在地面上。
[0013]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:循环冷却系统，所述循环冷却系统与所述磨鞋连接，对所述磨鞋进行循环冷却，并收集磨铣的碎屑。
[0014]进一步地，所述旋转驱动装置包括:电机和减速箱，所述减速箱连接在所述电机和所述磨鞋之间，所述电机的输出轴水平设置，所述磨鞋的转轴位置固定不变。
[0015]进一步地，所述水平驱动装置包括:液压站和与所述液压站连接的液压缸。
[0016]进一步地，所述计算机测控系统包括:设置在减速箱输出轴上的转矩转速传感器、以及与液压缸连接的载荷传感器和位移传感器。
[0017]进一步地，所述旋转驱动装置还包括:密封三通联轴器，连接在所述减速箱与所述磨鞋之间，所述循环冷却系统包括:通过管路连接的旋涡泵、水箱、循环泵、和过滤箱，所述旋涡泵连接所述密封三通联轴器，所述过滤箱收集磨铣的碎屑。
[0018]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:底座和设置在所述底座上的移动小车，所述电机、减速箱、液压站和液压缸均设置在所述底座上，所述井下工具与所述套管位于所述移动小车上。
[0019]本发明还提出一种井下工具磨铣方法，包括以下步骤:
[0020]先进行井下工具地面磨铣试验，在地面上模拟井下工具的磨铣；所述井下工具地面磨统试验包括:
[0021]步骤A:将井下工具与套管均水平设置，使磨鞋的转轴水平设置，通过水平驱动所述套管，使井下工具的磨铣面与所述磨鞋接触，并使磨鞋保持恒定的磨铣载荷；
[0022]步骤B:然后，测量磨铣过程中的实验参数，所述实验参数包括:磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷。
[0023]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验还包括:
[0024]步骤C:在步骤A中，通过冷却水从所述磨鞋的水眼流出，为磨鞋和井下工具降温冷却并将磨铣的碎屑携带至过滤箱内进行收集；
[0025]步骤D:分析收集的碎屑的形状和大小与所述实验参数的关系。
[0026]进一步地，所述井下工具磨铣方法还包括:
[0027]根据井下工具地面磨铣试验获得的实验参数或试验数据，筛选出优选的磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷；
[0028]然后，在磨铣井下工具的实际施工作业中，将磨鞋竖直安装在钻杆或管柱上，通过钻杆或管柱上的钻压计量装置对磨鞋施加竖直向下的钻压，所述钻压的数值为优选的磨铣载荷，实际施工作业中的磨鞋的转速和转矩采用优选的磨鞋的转速和转矩。
[0029]本发明通过在实际施工作业前，在地面模拟井下工具的磨铣，为实际施工作业提供可靠的数据指导。其具体原理为:通过水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动，使磨鞋与设置在套管中的井下工具相接触，通过旋转驱动装置，驱动磨鞋转动，从而磨铣井下工具，通过计算机测控系统，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置或磨鞋的实验参数，例如包括:磨鞋的种类、转速、转矩、和磨铣载荷，得到可靠的数据。
[0030]进而，将本发明上述实验参数或数据应用于实际施工作业中，例如，选择磨鞋的种类、转速、转矩、或磨铣载荷，可以指导实际施工作业，确保安全、优质、高效的施工。
[0031]本发明通过在地面上进行实验，可以清楚的观察磨铣过程，了解磨鞋的种类、转速、转矩、或磨铣载荷对实验的影响。进而，本发明优化了实验模型，采用水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动，使磨鞋与设置在套管中的井下工具相互靠近，这样能够减少使旋转驱动装置进行移动的麻烦，使旋转驱动装置只进行转动，不再进行平移，避免了旋转驱动装置既要转动，又要平移的问题，而且，由于套管和设置在套管中的井下工具重量轻或者体积小，形状规则，便于移动，因而，采用水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动使得磨鞋与设置在套管中的井下工具相互靠近，更加方便快捷，更有利于实验的简化。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1为本发明的实施例的井下工具地面磨铣试验系统的结构示意图。
[0033]附图标号说明:
[0034]1、电机2、减速箱3、转矩转速传感器4、密封三通联轴器5、磨鞋6、球阀7、球阀8、球阀9、循环泵10、旋涡泵11、水箱12、V型固定器13、V型固定器14、井下工具15、套管16、载荷传感器17、液压缸18、位移传感器19、液压站20、移动小车21、过滤箱22、底座

【具体实施方式】
[0035]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】

【附图说明】本发明。
[0036]如图1所示，本发明提出一种井下工具地面磨铣试验系统，用于对设置在套管中的井下工具14进行磨铣试验，井下工具14例如包括中心管和套设在中心管外的桥塞，本发明通过在实际施工作业前，在地面模拟井下工具的磨铣，为实际施工作业提供可靠的数据指导。
[0037]所述井下工具地面磨铣试验系统包括:
[0038]对井下工具14进行磨铣的动力驱动系统、推动所述井下工具进行水平移动的磨铣载荷调节系统、和测量实验参数的计算机测控系统；
[0039]所述井下工具14设置在套管15中，所述井下工具14与所述套管15均水平设置；
[0040]所述动力驱动系统包括:旋转驱动装置、以及受旋转驱动装置驱动的磨鞋5，磨鞋5要能够伸入到套管15中，所述磨鞋5的转轴水平设置；动力驱动系统为磨鞋旋转提供动力，使其能够完成不同转速、转矩下对井下工具14的磨铣；
[0041]所述磨铣载荷调节系统包括:水平驱动装置，驱动所述套管15向所述磨鞋5水平移动，带动套管中的所述井下工具14也同步移动，以实现与磨鞋5相接触，还可以为磨鞋提供恒定的轴向的磨铣载荷；
[0042]所述井下工具14与所述套管位于所述磨鞋5与所述水平驱动装置之间；
[0043]计算机测控系统，连接所述旋转驱动装置和水平驱动装置，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置的实验参数；所述实验参数例如包括:磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷。
[0044]如图1所示，所述井下工具与所述套管、所述动力驱动系统、磨铣载荷调节系统、和计算机测控系统，均设置在地面上。本发明的井下工具地面磨铣试验系统目的就是在地面通过水平方式的移动，模拟实际施工作业中，井下工具14在竖直方向上的加工，实现了通过地面的水平方向的工作方式模拟井下的竖直方向的工作方式。
[0045]通过水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动，使磨鞋与设置在套管中的井下工具相接触，通过旋转驱动装置，驱动磨鞋转动，从而磨铣井下工具，通过计算机测控系统，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置或磨鞋的实验参数，例如包括:磨鞋的种类、转速、转矩、和磨铣载荷，得到可靠的数据。
[0046]本发明通过在地面上进行实验，可以清楚的观察磨铣过程，了解磨鞋的种类、转速、转矩、或磨铣载荷对实验的影响。进而，本发明优化了实验模型，采用水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动，使磨鞋与设置在套管中的井下工具相互靠近，这样能够减少使旋转驱动装置进行移动的麻烦，使旋转驱动装置只进行转动，不再进行平移，避免了旋转驱动装置既要转动，又要平移的问题，而且，由于套管和设置在套管中的井下工具重量轻或者体积小，形状规则，便于移动，因而，采用水平驱动装置驱动所述套管向所述磨鞋水平移动使得磨鞋与设置在套管中的井下工具相互靠近，更加方便快捷，更有利于实验的简化。
[0047]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:循环冷却系统，所述循环冷却系统与所述磨鞋连接，对所述磨鞋进行循环冷却，并收集磨铣的碎屑。观察并研究过滤箱内的磨铣碎屑形状与磨铣参数的关系，可以得到系统的实验数据或参数，此外计算机控制系统自动生成数据，完成磨铣试验。
[0048]进一步地,如图1所示,所述旋转驱动装置包括:电机I和减速箱2,所述减速箱2连接在所述电机I和所述磨鞋5之间，所述电机I的输出轴水平设置，所述磨鞋5的转轴位置固定不变，即磨鞋5不进行平移，电机I和减速箱2都不进行平移，从而简化实验模型，减少实验的复杂程度。
[0049]进一步地，所述水平驱动装置包括:液压站19和与所述液压站连接的液压缸17。通过液压的方式驱动所述套管向所述磨鞋水平移动，能够使磨鞋受到恒定加载力磨铣，而且保证加载过程的稳定。
[0050]进一步地，所述计算机测控系统包括:设置在减速箱2输出轴上的转矩转速传感器3、以及与液压缸17连接的载荷传感器16和位移传感器18。位移传感器18是固定在移动小车20上的，传感器的线绳水平延伸连接在液压缸上固定，通过线绳长度变化传感器收集位移数据，可记录每次试验过程中井下工具被磨铣掉的深度。
[0051]进一步地，所述旋转驱动装置还包括:密封三通联轴器4，连接在所述减速箱2与所述磨鞋5之间，所述循环冷却系统包括:通过管路连接的旋涡泵10、水箱11、循环泵9、和过滤箱21，所述旋涡泵10连接所述密封三通联轴器4，所述过滤箱21收集磨铣的碎屑。在磨铣的过程中循环冷却系统保持高速的水力射流从磨鞋5的水眼中流出，持续不断的冲击井下工具的接触面并使其冷却，冷却水携带磨铣的碎屑顺套管15流出排入过滤箱21。
[0052]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:底座22和设置在所述底座上的移动小车20，所述电机1、减速箱2、液压站19和液压缸17均设置在所述底座上，所述井下工具14与所述套管15位于所述移动小车20上。底座22为整个系统提供支撑，通过移动小车，可以实现井下工具14与所述套管15的平稳移动，有利于磨鞋受到恒定加载力磨铣。
[0053]本发明还提出一种井下工具磨铣方法，包括以下步骤:
[0054]先进行井下工具地面磨铣试验，在地面上模拟井下工具的磨铣；如图1所示，所述井下工具地面磨统试验包括:
[0055]步骤A:将井下工具与套管均水平设置，使磨鞋的转轴水平设置并使磨鞋转动，通过水平驱动所述套管，使井下工具的磨铣面与所述磨鞋接触(桥塞包括中间的芯管，磨鞋要将包括中间芯管的桥塞都磨掉)，并使磨鞋保持恒定的磨铣载荷；
[0056]步骤B:然后，测量磨铣过程中的实验参数，所述实验参数包括:磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷。
[0057]本发明通过在实际施工作业前，在地面模拟井下工具的磨铣，为实际施工作业提供可靠的数据指导。
[0058]进一步地，所述井下工具地面磨铣试验还包括:
[0059]步骤C:在步骤A中，通过冷却水从所述磨鞋的水眼流出，为磨鞋和井下工具降温冷却并将磨铣的碎屑携带至过滤箱内进行收集；
[0060]步骤D:分析收集的碎屑的形状和大小与所述实验参数的关系，这样，能够得到磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷与碎屑的形状和大小的关系，有利于磨鞋种类的研究和选择。
[0061]进一步地,所述井下工具磨统方法还包括:
[0062]根据井下工具地面磨铣试验获得的实验参数或试验数据，筛选出优选的磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷；
[0063]然后，将筛选出优选的磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷应用于井下工具的实际施工作业中。其具体为:
[0064]在磨铣井下工具的实际施工作业中，将磨鞋竖直安装在钻杆或管柱上，通过钻杆或管柱上的钻压计量装置对磨鞋施加竖直向下的钻压，所述钻压的数值为优选的磨铣载荷，实际施工作业中的磨鞋的转速和转矩采用优选的磨鞋的转速和转矩。本发明通过在地面上进行实验，可以清楚的观察磨铣过程，了解磨鞋的种类、转速、转矩、或磨铣载荷对实验的影响。通过筛选出优选的磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷，从磨鞋的选型、磨铣参数选择、磨铣效率、粒径分析等方面进行试验分析，用科学的试验数据为实际施工作业提供指导。
[0065]下面再介绍一下本申请的工作过程:
[0066]本发明的井下工具地面磨铣试验系统包括:动力驱动系统；循环冷却系统；磨铣载荷调节系统。动力驱动系统为磨鞋旋转提供动力，使其能够完成不同转速、转矩下对井下工具的磨铣，包括电机1、减速箱2、转矩转速传感器3、密封三通联轴器4、磨鞋5 ;循环系统通过水介质从磨鞋水眼流出，为磨鞋和井下工具降温冷却并将磨铣的碎屑携带至过滤箱内，包括水箱11、球阀6、球阀7、球阀8、循环泵9、旋涡泵10、过滤箱21 ;磨铣载荷调节系统通过载荷传感器16、液压缸17、液压站19将套管15推至磨鞋5与井下工具14的接触面并为磨鞋提供恒定的磨铣载荷，磨铣载荷调节系统包括V型固定器12、V型固定器13、套管
15、液压缸17、液压站19、移动小车20。
[0067]试验开始前首先将待磨铣的井下工具14固定在套管15中，通过V型固定器12、V型固定器13对中并固定于移动小车20上，将旋涡泵10所连接的入口管线连接于密封三通联轴器4上，旋涡泵10连接的出口管线连接在过滤箱21上并确保移动小车20能在底座22上平稳滑动；然后打开电源总开关，开启计算机测控系统，自检系统运行正常后，开始设置试验参数(磨统试验载荷、电机转速、转矩等)，磨统载荷调节系统的液压缸17推动套管15向前移动直到磨鞋以设计的恒定加载力磨铣，在磨铣的过程中循环冷却系统保持高速的水力射流从磨鞋的水眼中流出，持续不断的冲击接触面并使其冷却，冷却水携带磨纟先的碎屑顺套管流出排入过滤箱21 ;在移动小车20上配有位移传感器18，可记录每次试验过程中井下工具被磨铣掉的深度。
[0068]观察并研究过滤箱内的磨铣碎屑形状与磨铣参数的关系，计算机控制系统自动生成数据，完成磨统试验。试验最大载荷:5t、磨统转速:0-300r/min、最大输出扭矩:3000N.mD
[0069]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种井下工具地面磨铣试验系统，用于对井下工具进行磨铣试验，其特征在于，所述井下工具地面磨铣试验系统包括: 对井下工具进行磨铣的动力驱动系统、推动所述井下工具进行水平移动的磨铣载荷调节系统、和测量实验参数的计算机测控系统； 所述井下工具设置在套管中，所述井下工具与所述套管均水平设置； 所述动力驱动系统包括:旋转驱动装置、以及受旋转驱动装置驱动的磨鞋，所述磨鞋的转轴水平设置； 所述磨铣载荷调节系统包括:水平驱动装置，驱动所述套管向所述磨鞋水平移动； 所述井下工具与所述套管位于所述磨鞋与所述水平驱动装置之间； 计算机测控系统，连接所述旋转驱动装置和水平驱动装置，测量所述旋转驱动装置和水平驱动装置的实验参数； 所述井下工具与所述套管、所述动力驱动系统、磨铣载荷调节系统、和计算机测控系统，均设置在地面上。
2.如权利要求1所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:循环冷却系统，所述循环冷却系统与所述磨鞋连接，对所述磨鞋进行循环冷却，并收集磨铣的碎屑。
3.如权利要求2所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述旋转驱动装置包括:电机和减速箱，所述减速箱连接在所述电机和所述磨鞋之间，所述电机的输出轴水平设置，所述磨鞋的转轴位置固定不变。
4.如权利要求3所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述水平驱动装置包括:液压站和与所述液压站连接的液压缸。
5.如权利要求4所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述计算机测控系统包括:设置在减速箱输出轴上的转矩转速传感器、以及与液压缸连接的载荷传感器和位移传感器。
6.如权利要求5所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述旋转驱动装置还包括:密封三通联轴器，连接在所述减速箱与所述磨鞋之间，所述循环冷却系统包括:通过管路连接的旋涡泵、水箱、循环泵、和过滤箱，所述旋涡泵连接所述密封三通联轴器，所述过滤箱收集磨铣的碎屑。
7.如权利要求5所述的井下工具地面磨铣试验系统，其特征在于，所述井下工具地面磨铣试验系统还包括:底座和设置在所述底座上的移动小车，所述电机、减速箱、液压站和液压缸均设置在所述底座上，所述井下工具与所述套管位于所述移动小车上。
8.一种井下工具磨铣方法，其特征在于，包括以下步骤: 先进行井下工具地面磨铣试验，在地面上模拟井下工具的磨铣；所述井下工具地面磨统试验包括: 步骤A:将井下工具与套管均水平设置，使磨鞋的转轴水平设置，通过水平驱动所述套管，使井下工具的磨铣面与所述磨鞋接触，并使磨鞋保持恒定的磨铣载荷； 步骤B:然后，测量磨铣过程中的实验参数，所述实验参数包括:磨鞋的转速和转矩、和磨统载荷。
9.如权利要求8所述的井下工具磨铣方法，其特征在于，所述井下工具地面磨铣试验还包括: 步骤C:在步骤A中，通过冷却水从所述磨鞋的水眼流出，为磨鞋和井下工具降温冷却并将磨铣的碎屑携带至过滤箱内进行收集； 步骤D:分析收集的碎屑的形状和大小与所述实验参数的关系。
10.如权利要求8所述的井下工具磨铣方法，其特征在于，所述井下工具磨铣方法还包括: 根据井下工具地面磨铣试验获得的实验参数或试验数据，筛选出优选的磨鞋的转速和转矩、和磨铣载荷； 然后，在磨铣井下工具的实际施工作业中，将磨鞋竖直安装在钻杆或管柱上，通过钻杆或管柱上的钻压计量装置对磨鞋施加竖直向下的钻压，所述钻压的数值为优选的磨铣载荷，实际施工作业中的磨鞋的转速和转矩采用优选的磨鞋的转速和转矩。
【文档编号】G01N3/58GK104296797SQ201410528326
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】曲玉辰, 郭津瑞, 朱富林, 赵峰, 李彪, 崔加利, 周贺, 刘佳欣, 王远方, 蒲宝月, 陈健, 曹建, 马振, 郭静, 郑亮, 王淑, 闫海峰, 姜红梅 申请人:中国石油天然气股份有限公司