[发明专利]评价水平井和大位移井的钻井液的润滑性能的装置

说明书

本发明公开了一种用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置，包括：支撑组件；与支撑组件连接井筒，且包括直型井筒段、弯管筒段和水平井筒段，所述弯管筒段的一端连接直型井筒段，其另一端连接水平井筒段；钻具，其设在井筒内，包括直型钻具部、造斜钻具部和水平钻具部，所述造斜钻具部的一端连接直型钻具部，其另一端连接水平钻具部；驱动机构，其与钻具的一端连接，用于驱动钻具在井筒内运动以模拟钻井过程；和控制测试组件，其控制钻具的受力和运动，并测量相应的受力和运动参数用于对钻井液的润滑性能进行评价。该装置能在室内条件下通过模拟水平井或大位移井滑动钻进过程并能较准确地测定模拟钻具与模拟井壁之间的动摩擦系数。

技术领域

本发明涉及一种评价钻井液的性能的实验装置，具体涉及一种用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，世界各国对石油与天然气的需求不断增长，整装油气资源逐渐枯竭，使得对散装油气资源的开发受到更多的重视。水平井和大位移井钻井技术是开发散装油气资源最为经济和有效的开发方法。目前，水平井和大位移井的钻井施工普遍采用滑动钻进的钻井方式。在水平井和大位移井的造斜段和水平段，钻具与井壁的接触面积大，客观上造成了摩擦阻力，给快速钻井造成困难。

改善钻井液的润滑性能是克服摩擦、避免井下事故的重要手段。尤其是在水平井和大位移井的滑动钻进过程中，高密度钻井液中的加重材料则会进一步增加钻具与井壁之间的摩擦阻力，导致钻速降得更低，从而会进一步增大引发粘卡、泥包等井下事故发生的可能性。因此，在对水平井和大位移井的钻井液体系进行设计时，需要特别关注钻井液的润滑性能。

对于水平井和大位移井而言，钻具与井壁之间的动摩擦系数是评价钻井液的润滑性能的优劣的最重要的参考指标。然而，目前还未有专门针对水平井或大位移井的钻井液润滑性能评价的专用设备，常是利用极压润滑仪测定的极压润滑系数来近似表征应用于水平井或大位移井的钻井液的润滑性能。从仪器测定的机理来看，极压润滑仪是通过模拟直井施工中钻具的旋转运动过程获取钻具与井壁接触时产生的扭矩，继而换算成钻井液的润滑系数并用于表征钻井液润滑性能的优劣。但是，该润滑系数的大小用于表征直井施工中钻井液润滑性能优劣是有效的，并不适用于评价应用于水平井和大位移井的钻井液的润滑性能。因此，需要研制一种可以用于评价适用于水平井和大位移井钻井液润滑性能的实验装置，以便用于评价应用于水平井和大位移井钻井液的润滑性能。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置，其能在室内条件下通过模拟水平井或大位移井滑动钻进过程并能较准确地测定模拟钻具与模拟井壁之间的动摩擦系数。

针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于评价水平井和大位移井的钻井液润滑性能的装置，包括：

支撑组件；

井筒，其与支撑组件连接，且包括直型井筒段、弯管筒段和水平井筒段，所述弯管筒段的一端连接直型井筒段，其另一端连接水平井筒段；

钻具，其设在井筒内，包括直型钻具部、造斜钻具部和水平钻具部，所述造斜钻具部的一端连接直型钻具部，其另一端连接水平钻具部；

驱动机构，其与钻具的一端连接，用于驱动钻具在井筒内运动以模拟钻井过程；和

控制测试组件，其控制钻具的受力和运动，并测量相应的受力和运动参数用于对钻井液的润滑性能进行评价。

与现有技术相比，本发明具有以下优点。井筒、钻具或驱动机构一起，可在室内条件下模拟水平井和大位移井的滑动钻进过程。在钻进过程中添加钻井液模拟钻井过程时，通过控制测试组件能较准确地测定模拟钻具与井筒之间的动摩擦系数。由于该动摩擦系数能较准确地表征钻井液的润滑性能的优劣，因此为应用于水平井或大位移井的钻井液的优选提供可靠的实验数据，以达到制定合理的钻井实施方案的目的。