[实用新型]一种模拟水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩影响的装置

说明书

本实用新型公开了一种模拟水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩影响的装置，包括钻井液釜、模拟钻柱、钻柱旋转系统、釜推动系统和检测系统；模拟钻柱水平布置于钻井液釜中，其一端压紧模拟岩心；钻柱旋转系统的扭矩连接轴穿过钻井液釜与模拟钻柱同轴连接，用于旋转模拟钻柱，且扭矩连接轴与钻井液釜滑动密封连接，使得钻井液釜能够沿扭矩连接轴轴向移动；釜推动系统用于推动钻井液釜沿扭矩连接轴轴向移动；检测系统包括扭矩传感器和高度测定装置。本装置能够模拟不同转速、不同钻柱推进速度下的钻柱摩擦扭矩，可以调整岩屑床的厚度，进而能够模拟岩屑床对钻柱的摩擦扭矩影响，对于钻柱钻进过程和起下钻过程中岩屑床厚度控制具有重要指导作用。

技术领域

本实用新型涉及石油钻采模拟实验技术领域，具体涉及一种模拟水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩影响的装置。

背景技术

长水平段水平井技术具有大幅度提高油气产量和采收率的技术优势，对油气藏具有显著的开发效益。但在长水平井段钻井过程中，由于水平段比较长，岩屑在自身重力的作用下会沉向下井壁，而下井壁的钻井液流速又十分缓慢，因而岩屑会堆积在下井壁形成岩屑床，一旦岩屑床的厚度达到一定的值，就会影响施工效率，发生安全问题，如造成起下钻阻卡等复杂情况的发生。

目前针对水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩的解决方法没有统一的标准，传统的解决方法一般是使用柴油、白油等润滑剂，降低钻柱与井壁(泥饼)之间的摩擦，很少涉及钻柱与岩屑之间的摩擦，而根据现场实践经验，使用传统的润滑剂不能有效解决钻柱与岩屑之间的摩擦。现有的实验装置都是模拟钻井液循环条件下钻柱的摩擦扭矩，通过循环的钻井液来携带钻屑进入模拟井筒中，而且井筒为长筒状，这主要适用于模拟岩屑沉积过程，但实验过程中岩屑厚度一直在动态变化，而且运行中岩屑沿模拟井筒轴向均匀分布并不均匀，因此无法测定一定岩屑厚度下钻柱的摩擦扭矩，不适用于研究岩屑厚度对钻柱摩擦扭矩的影响，而且该装置结构复杂、造价贵、使用不便。

实用新型内容

为解决现有技术条件的不足，本实用新型提供了一种模拟水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩影响的装置，本实用新型利用模拟钻柱在钻井液釜中旋转，钻井液釜中的岩屑可定量添加，厚度可调，本装置结构简单、操作简便。本实用新型的具体方案如下：

一种用于模拟水平井段岩屑床对钻柱摩擦扭矩影响的装置，包括钻井液釜、模拟钻柱、钻柱旋转系统、釜推动系统和检测系统；模拟钻柱位于钻井液釜中并水平布置，其一端压紧模拟岩心；钻柱旋转系统的扭矩连接轴穿过钻井液釜与模拟钻柱同轴连接，用于旋转模拟钻柱，且扭矩连接轴与钻井液釜滑动密封连接，使得钻井液釜能够沿扭矩连接轴轴向移动；釜推动系统用于推动钻井液釜沿扭矩连接轴轴向移动，从而调节模拟钻柱的推进速度。

优选的，所述釜推动系统包括直线滑轨和速度调节器；直线滑轨用于引导钻井液釜直线移动、限定其移动方向，速度调节器用于推动钻井液釜沿直线滑轨移动、确定其移动速度。

进一步，所述直线滑轨包括直线导轨和滑块，钻井液釜位于滑块上且与其固定连接，滑块和直线导轨契合且滑动连接，用于引导钻井液釜做直线移动；速度调节器实为伸缩杆，具体为电动滚珠丝杠，其丝杆一端与钻井液釜转动连接、丝杠滑块由电机驱动旋转进而带动丝杠移动、推动钻井液釜移动。

所述检测系统包括扭矩传感器和高度测定装置；所述高度测定装置用于测定钻井液釜中的岩屑厚度；扭矩传感器用于测量钻柱旋转时的扭矩，反映模拟钻柱受到的摩擦情况。

所述钻柱旋转系统包括动力机构，所述扭矩传感器两端分别设有扭矩连接轴和动力机构连接轴，动力机构连接轴与动力机构的转子同轴连接。

扭矩连接轴与钻井液釜滑动密封连接具体为：扭矩连接轴与钻井液釜壁面经机械密封轴承转动密封连接，该机械密封轴承为常规机泵转轴与泵体连接时使用的机械密封轴承。具体而言，机械密封轴承包括静环和动环，其静环与钻井液釜固定连接，扭矩连接轴穿过动环并与其间隙配合且该间隙处设置有密封圈，使得钻井液釜能够沿扭矩连接轴轴向移动且不漏液。