空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置的製作方法

2023-05-15 04:12:11

專利名稱：空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是石油與天然氣工程中空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬測量方法使用的裝置，具體涉及的空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置。
背景技術：
空氣鑽井是以空氣作為循環介質進行的欠平衡鑽井，它是最早發展起來的一種欠平衡鑽井技術。近年來，空氣鑽井技術在國內外發展迅速，特別是對乾燥、堅硬的巖層進行鑽進時空氣鑽井得到了廣泛應用，應用該技術解決了許多困難和複雜的勘探開發問題，提高了產量、降低了成本。空氣鑽井在提高機械鑽速、避免地層傷害、避免地層漏失能力等方 面具有優勢，但是在控制地層壓力、流體流入和井噴失控能力方面存在不足。目前，對於空氣鑽井注氣參數的確定，主要基於理論公式進行推導，儘管有人考慮到了深井溫度對巖石可鑽性的影響，但是並沒有考慮到注入低溫空氣過程中，由於巖石表面降溫而產生的溫度應力對巖石力學性能的影響。對空氣鑽井條件下巖石可鑽性室內模擬測定方法的研究還不夠完善，該方法的缺少，阻礙了空氣鑽井過程中由於注氣速度的不同對巖石可鑽性影響的進一步研究。儘管現有理論與有限元軟體模擬等手段能夠在一定程度上滿足當前的需要，但仍無法給予直接的測定方法與描述，從而影響了該項技術的深入研究。發明內容本實用新型的目的是提供空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置，它用於解決目前空氣鑽井條件下巖石可鑽性室內模擬測定方法的研究還不夠完善的問題。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是這種空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置由全自動巖石可鑽性試驗儀、空氣泵和流量計組成，空氣泵和全自動巖石可鑽性試驗儀通過導氣管連接，導氣管上設置有流量計，全自動巖石可鑽性試驗儀由巖石夾持系統、鑽頭、動力傳動系統、鑽壓系統、數據米集控制系統、機櫃組成，巖石夾持系統的巖樣位於鑽頭的上方，巖石夾持系統的巖樣下面有支撐巖石的支撐罩，支撐罩下方開有長方形孔洞，導氣管連接至支撐罩的長方形孔洞處。上述方案中支撐罩的長方形孔洞高40mm,寬30mm。上述方案中空氣泵上設置有壓力調節按鈕，空氣泵通過調節壓力調節按鈕來改變注氣量的大小。本實用新型具有以下有益效果I、本實用新型可模擬不同注氣速度對巖石可鑽性的影響，為空氣鑽井條件下巖石可鑽性的確定提供一種實驗裝置。2、本實用新型注氣速度調節範圍大，可實現(T2m3/min的流量控制。3、本實用新型結構簡單、操作方便、適應能力強。

圖I是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型中支撐罩的結構示意圖。[0016]I.巖石夾持系統 2.微型鑽頭 3.動力傳動系統 4.鑽壓系統 5.機櫃6.氮氣瓶7.減壓器8.緩衝器9.氣缸10.巖樣11.支撐罩12.孔洞13.壓力調節按鈕14.流量計15.導氣管16.空氣泵17.全自動巖石可鑽性試驗儀。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明如圖I所示，這種空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置由空氣泵16、全自動巖石可鑽性試驗儀17和流量計14組成，空氣泵16和全自動巖石可鑽性試驗儀17通過導氣管15連接，導氣管15上設置有流量計14，導氣管15—端連接到空氣泵16的出氣口處，一端與支撐罩11連接，通過全自動巖石可鑽性試驗儀井眼尺寸大小和實際井眼尺寸大小的比例來調節室內實驗裝置注氣量的大小，進而可以通過對空氣泵16的調節來模擬實際空氣鑽井過程注氣量的大小。空氣泵16通過調節壓力調節按鈕13來改變注氣量的大小。流量計14用來測定 注氣量的大小，由流量計14中的錶盤讀出具體壓力的流量大小。全自動巖石可鑽性試驗儀17由巖石夾持系統I、微型鑽頭2、動力傳動系統3、鑽壓系統4、數據採集控制系統以及機櫃5組成。將巖樣10及其巖石夾持系統I設計在機櫃5檯面上，巖石夾持系統的巖樣10位於鑽頭2的上方,巖石夾持系統的巖樣10下面有支撐巖石的支撐罩11，鑽頭2可自由向上穿過支撐罩11，鑽動巖樣10 ;機櫃5臺面作為操作臺，臺面材料為不鏽鋼板；鑽壓系統4連接動力傳動系統3，將鑽壓系統4設計在機櫃5臺面下，採用由下向上鑽進巖樣的工作模式；動力傳動系統3連接鑽頭，動力傳動系統3及其管路流程系統全部設計在機櫃5裡。如圖2所示，全自動巖石可鑽性試驗儀17的支撐罩11在其圓柱體的底部加工一個高40mm，寬30mm的長方形孔洞12，該孔洞12在工具機車間都可以加工，開這個孔洞12並沒有改變全自動巖石可鑽性試驗儀17的實驗原理，它不僅起到了支撐巖石的作用還作為空氣的通道，支撐罩上部是巖樣10，工作時，鑽頭2伸入到支撐罩中鑽動巖樣10 ;此長方形孔洞12通過導氣管18連接了空氣泵16和全自動巖石可鑽性試驗儀17。鑽壓系統氣體從氮氣瓶6經過減壓器7減壓後供給緩衝器8，緩衝器8是一個起緩衝作用的容器，由緩衝器8供給氣缸9，帶壓氣體作用於氣缸9活塞上產生鑽壓，再由活塞杆傳遞到鑽杆鑽頭2。通過對精密減壓器精確調控，可以得到穩定而又精確的鑽壓。動力傳動系統採用直流伺服電機通過同步齒形帶減速系統帶動鑽杆及其鑽頭旋轉。伺服電機通過PWE控制電機轉速並用數顯表顯示，同步齒形帶保證電機主動輪和鑽杆從動輪轉速轉動比恆定。鑽杆上部安裝微型鑽頭2，下部通過推力軸承連接器連接氣缸9活塞。鑽杆從動輪與鑽杆通過花鍵連接，以便鑽杆鑽進時上下運動。數據採集控制系統全自動巖石可鑽性測試儀17主要依靠計算機數據採集控制系統實現全自動測試。其工作原理是壓力傳感器測量系統鑽壓，位移傳感器測出即時鑽進深度，測量信號經採集轉化後數據由計算機顯示。鑽速由PWE控制直流伺服電機實現，鑽壓通過計算機控制電磁閥實現。計算機時鐘計量即時鑽進深度所對應的時間，達到要求的鑽井深度後，計算機自動停止試驗。本實用新型測試過程首先模擬空氣鑽井條件下巖石可鑽性的確定，製備用於實驗的巖樣10,將巖樣10加熱到地層溫度,把巖樣10放到全自動巖石可鑽性試驗儀17上，通過導氣管15連接空氣泵16，調節空氣泵16，由流量計14測定出流量，使注氣量達到設計值大小開始實驗，由全自動巖石可鑽性試驗儀17測定巖石的可鑽性，記錄實驗數據；實驗結束後將巖樣10取出升溫到開始實驗時的溫度，又通過空氣泵16改變注氣量，繼續上述步驟，並記錄相應的實驗數據，通過實驗數據的回歸分析，最終得出不同注氣速度條件下的巖石可鑽性。
由於該實驗方法的使用，能模擬井下不同注氣速度以及不同巖石溫度條件下的巖石可鑽性，可直觀的得出注氣量對巖石可鑽性的影響。
權利要求1.ー種空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置，其特徵在於這種空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置由全自動巖石可鑽性試驗儀(17)、空氣泵(16)和流量計(14)組成，空氣泵(16)和全自動巖石可鑽性試驗儀(17)通過導氣管(15)連接，導氣管(15)上設置有流量計(14)，全自動巖石可鑽性試驗儀(17)由巖石夾持系統(I)、鑽頭(2)、動カ傳動系統(3)、鑽壓系統(4)、數據米集控制系統、機櫃(5)組成,巖石夾持系統的巖樣(10)位於鑽頭(2)的上方，巖石夾持系統的巖樣(10)下面有支撐巖石的支撐罩(11)，支撐罩(11)下方開有長方形孔洞(12)，導氣管(15)連接至支撐罩(11)的長方形孔洞(12)處。
2.根據權利要求I所述的空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置，其特徵在於所述的支撐罩(11)的長方形孔洞(12)高40mm,寬30mm。
3.根據權利要求I所述的空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置，其特徵在於所述空氣泵(16)上設置有壓カ調節按鈕(13)。
專利摘要本實用新型涉及的是空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置，這種空氣鑽井條件下巖石可鑽性的室內模擬裝置由全自動巖石可鑽性試驗儀、空氣泵和流量計組成，空氣泵和全自動巖石可鑽性試驗儀通過導氣管連接，導氣管上設置有流量計，全自動巖石可鑽性試驗儀由巖石夾持系統、鑽頭、動力傳動系統、鑽壓系統、數據採集控制系統、機櫃組成，巖石夾持系統的巖樣位於鑽頭的上方，巖石夾持系統的巖樣下面有支撐巖石的支撐罩，支撐罩下方開有長方形孔洞，導氣管連接至支撐罩的長方形孔洞處。本實用新型可模擬不同注氣速度對巖石可鑽性的影響，注氣速度調節範圍大，可實現0~2m3/min的流量控制。
文檔編號E21B47/00GK202467817SQ201220096768
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者馮福平, 康智超, 李玉偉, 王銀龍, 艾池, 趙萬春 申請人:東北石油大學