[实用新型]一种气体钻井模拟卡钻解卡的实验装置

说明书

本实用新型涉及一种气体钻井模拟卡钻解卡的实验装置，包括系统支架8、上安装板3、下安装板6、旋转轴4、模拟井筒12、模拟钻杆10、震击器11、步进电机20、储气罐17、气缸19、数据采集/控制箱26和计算机27，系统支架固定四根导向轴，导向轴穿过上安装板和下安装板，旋转轴位于上下安装板之间，系统支架两个横梁间固定模拟井筒，模拟井筒内有模拟钻杆，模拟钻杆穿过系统支架上端面和旋转轴到达上安装板，下安装板连接步进电机，储气罐分别连接气体入口和气缸，震击器、步进电机、压力表连接数据采集/控制箱和计算机。本实用新型能模拟卡钻后上提下放、扭转、注气憋压、震击等解卡方式，定量评价堵塞物与钻具间的力学性质，验证解卡措施有效性。

技术领域

本实用新型属于气体钻井领域，具体涉及一种气体钻井模拟卡钻解卡的实验装置。

背景技术

气体钻井技术是指钻进过程中以气体作为循环介质的一种钻井技术，气体钻井拥有大幅度提高机械钻速、延长钻头使用寿命，降低钻井成本，减少地层损害，治理井漏，保护环境等诸多优点，但是气体钻井过程中井壁失稳导致井壁垮塌落块，或者环空循环不畅导致岩屑下落等现象就会导致环空堵塞以及卡钻事故发生。

在世界范围的气体钻井过程中，由于井壁失稳或者携岩不畅导致的环空堵塞现象频繁发生，到目前为止没有较好的方法模拟环空堵塞的特征，无法定量评价堵塞物与钻具间的力学性质，也无法验证解卡措施的有效性，对气体钻井环空堵塞物堆积特征、堵塞物与钻具及井眼的相互作用设计装置并开展实验，有助于钻井过程中防止卡钻以及顺利解除卡钻引起的井下复杂事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气体钻井模拟卡钻解卡的实验装置，该装置原理可靠，操作简便，利用该装置可研究岩屑在环空中如何堵塞以及堆积物在环空的堆积特征，探索堵塞物与井筒以及钻杆的力学参数，描述不同堆积特征对力学参数的影响。

为达到以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种气体钻井模拟卡钻解卡的实验装置，由提拉系统、扭转系统、注气系统、岩屑入料及收集口、模拟井筒、模拟钻杆、模拟钻头、数据采集/控制箱、计算机、震击器、震击器夹持器、系统支架和横梁组成。

所述提拉系统包括气缸、气缸固定结构、上安装板、下安装板、紧固螺丝、导向轴和导向孔。气缸安装在系统支架上，内部可伸缩的金属杆与下安装板固定连接，扭转系统中的旋转轴通过轴承连接在上下安装板之间，由紧固螺丝固定压紧，旋转轴紧紧固定模拟钻杆，实现模拟钻杆沿着导向轴的垂向运动，模拟实际工程中的上提下放解卡。

所述扭转系统包括步进电机、主动轮、从动轮和旋转轴，步进电机固定在下安装板上，步进电机上端与主动轮相连，主动轮通过履带和从动轮相连，从动轮与旋转轴固定，旋转轴紧紧固定模拟钻杆，实现模拟钻杆的轴向旋转，模拟实际工程中的扭转解卡。

所述注气系统包括空气压缩机、储气罐、流量计、压力表、阀门和气体入口，空气压缩机与储气罐相连，储气罐与流量计相连，之间用阀门控制气量，从流量计分出两根管线，一根经过压力表连接气缸，另一根经过压力表连接模拟钻杆上部的气体入口，可以给提拉装置提供动力，也可以使气体经过模拟钻杆内部从下端吹出，模拟实际工程中的注气憋压解卡。

进一步地，模拟钻头采用3d打印技术打印，还原真实钻头形状。

进一步地，数据采集/控制箱控制各用电器电源的开关，并且记录步进电机的扭矩值和气缸的压力值，在计算机存储处理。

进一步地，震击器用于实验过程中岩屑卡死在模拟井筒中时，震动解卡，也可一直接通震击器作为对比试验，对比震击器接通电源持续震动和关闭电源静止不动的提拉力、扭矩以及注气量、注气压力的数值。

进一步地，模拟井筒和模拟钻杆与工程中的实际井筒与钻具成比例缩小，模拟井筒采用透明材质，做到实验现象可视化，模拟钻杆采用不锈钢材质。

本实用新型的技术原理如下：