CN102175545A - 一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于石油天然气钻井中的一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，它包括气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，气体钻井钻具受力试验方法和气体钻井钻具疲劳断裂试验方法，所述气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，采用以下步骤：1、试验前先将试验井架固定在水泥基础上，称出试验前试验段钻具重量；2、开启风机的不同组合，调节控制试验所需风压和风量；3、试验一段时间后停止送风，记录下此时时刻δ2；4、将试验段钻具取出再称重量，这样就可以得出单位时间内试验段钻具的磨损量。本发明为研究气体钻井钻具冲蚀磨损、受力、疲劳断裂失效等气体钻井过程中遇到的气体钻井钻具工作机理相关问题提供了方便的试验方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于石油天然气钻井中的一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，属于石油天然气钻井工艺技术领域。
背景技术
目前，气体钻井因其自身的优势，能有效提高机械钻速，有效保护油气层，有利于井斜控制，克服井漏等优点而具有十分明显的经济效益和社会效益。因此，气体钻井技术正日益成为我国油气勘探开发的最有效技术之一。但是，气体钻井中钻具失效频率远高于钻井液钻井，钻具失效事故频发严重制约了气体钻井技术的规模化应用。目前关于气体钻井钻具失效的理论分析和试验研究已有初步成果，公知的气体钻井钻具试验方法，只能单一模拟气体钻井过程中岩屑对钻具冲蚀磨损，或只能简单模拟气体钻井钻具受单种力作用情况，而不能同时模拟气体钻井过程钻具冲蚀磨损和受横向、纵向和扭转振动的复杂工况的受力情况，也无法测试出钻具的疲劳寿命。因此气体钻井技术的大规模应用要求能够研发一种适合研究气体钻井钻具工作机理的试验方法。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法。本发明能够同时模拟气体钻井过程中钻具冲蚀磨损，受横向、纵向和扭矩振动等复杂的受力工况和疲劳断裂试验，从而为气体钻井过程中所遇到的多种钻具的相关问题提供研究手段。
本发明的技术方案是：
本发明一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，包括气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，气体钻井钻具受力试验方法和气体钻井钻具疲劳断裂试验方法。
所述气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，采用以下步骤：①试验前先将试验井架固定在水泥基础上，称出试验前试验段钻具重量；②开启风机的不同组合，调节控制试验所需风压和风量，并记录下试验开始时开启风机时刻δ1；③试验一段时间后停止送风，记录下此时时刻δ2；④将试验段钻具取出再称重量，这样就可以得出单位时间内试验段钻具的磨损量；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具冲蚀磨损量的相关规律。
所述气体钻井钻具受力试验方法，采用以下步骤：①开启液压站，起钻；②调节调速阀使之保持一个合适的钻进速度，调节调压阀手柄改变钻压，调节径向加压装置给试验段钻具施加径向力；③启动电动机开启空压机；④扭矩、钻速、钻压、径向施加的力、钻井进尺等试验数据由扭矩转速变送器，拉压力传变送器，位移变送器变换并传送到遥测控制显示记录系统显示并记录；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具受力的相关规律。
所述气体钻井钻具疲劳断裂试验方法，采用以下步骤：①开启不同组合的风机进行气体钻井钻具冲蚀磨损试验；②开启液压站进行气体钻井钻具受力试验，记下电机启动时时刻δ3；③当一根单根钻进完成后，必须先将试验段钻具抬离水泥基础，停止上升、旋转，开始卸钻，记录下此时时刻δ4；打开对开式套管加钻具，再重复上述过程即可。如果需要加砂，再将不同组合的风机打开从大肚子中送入；④遥测控制显示记录系统显示并记录试验段钻具上同一点不同时刻的拉应力、弯曲应力和剪应力以及此三者随试验时间的变化而发生的变化；⑤重复上述过程直到试验段钻具发生疲劳断裂可找出气体钻井钻具疲劳断裂及钻具寿命的相关规律。试验结束后关电机和所开风机电源。
本发明方法实施之前，需要先将试验段钻具安在套筒中，通过阀门和风机检查各个联结处有无漏风现象，确认无漏风现象后再进行试验。
本发明的优点和有益效果是：1、在模拟气体钻井过程中气体携岩冲蚀钻具的同时，能够模拟气体钻井钻具受横向、纵向和扭转振动作用的复杂受力情况，并且为研究气体钻井钻具疲劳断裂失效等气体钻井过程中遇到的相关问题提供了方便的试验方法。2、所述液压控制方法的优点是液压传动元件体积小，质量轻，反应快，可迅速实现快速启动、制动和频繁的换向，还可实现远程自动控制。
附图说明
图1为本发明一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法的框图。
图2是本发明所用试验装置的示意图。
图3是本发明所用液压站的示意图。
图中，1.水泥基础，2.试验段钻具，3.大肚子，4.对开式套管，5.套管，6.旋转头，7.井架，8.扭矩转速变送器，9.油马达，10.拉压力传变送器，11.位移变送器，12.油缸，13.液压站，14.径向加压装置，15.阀门，16.旋风分离器，17.送料器，18.降尘装置，19.阀门，20.阀门，21.压力变送器，22.流量传感器，23.阀门，24.大风机，25.小风机，26.阀门，27.流量变送器，28.压力变送器，29.空压机，30.电动机，31.遥测控制显示记录系统，32.油箱，33.过滤器，34.电机，35.油泵，36.压力表，37.换向阀，38.调压阀，39.调速阀，40.换向阀，41.调速阀，42.安全阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施步骤进行说明：
如图1，图2，图3所示，本发明一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，包括气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，气体钻井钻具受力试验方法和气体钻井钻具疲劳断裂试验方法。
所述气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，采用以下步骤：①试验前先将试验井架7固定在水泥基础1上，称出试验前试验段钻具2重量；②开启大风机24，小风机25和空压机29的不同组合，通过压力变送器21，流量传感器22，压力变送器28，流量变送器27控制试验所需风压和风量，并记录下试验开始时开启风机时刻δ1，送料器17的砂粒在风力作用下进入管道由空气带入试验装置底部大肚子3，冲刷试验段钻具2后进入旋风分离器16，砂粒沉积后再进入装置循环使用；③试验一段时间后停止送风，记录下此时时刻δ2；④将试验段钻具2取出再称重量，这样就可以得出单位时间内试验段钻具2的磨损量；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具冲蚀磨损量的相关规律。
所述气体钻井钻具受力试验方法，采用以下步骤：①开启液压站13，启动电机34，调节安全阀42，旋松调压阀38手柄和调速阀39手柄。将换向阀37手柄向左推，油缸12活塞杆向左运动，起钻（将试验段钻具2向上移动一点距离，只要试验段钻具2下端不接触到大肚子3即可）。油缸12和油马达9所需液压油是油箱32液压油经过过滤器33过滤由油泵35供给，压力表36显示控制油压，油缸12控制钻压和钻井进尺；②将换向阀40的手柄向右推，使油马达9旋转，改变调速阀41的开口度，调节转速，改变调速阀39开口度，改变换向阀37手柄位置，使试验段钻具2向下进行钻进试验。试验段钻具2由油马达9带动并控制旋转钻进钻速；调节调速阀41使之保持一个合适的钻进速度，调节调压阀38手柄改变钻压；调节径向加压装置14给试验段钻具2施加径向力；③启动电动机30开启空压机29，空气经由压力变送器28和流量变送器27进入旋转头6，再进入试验段钻具2中间孔，空气从试验段钻具2底部排出，同时从试验段钻具2和套管5之间的环空返回到旋风分离器16，再经由降尘装置18排出，岩屑由旋风分离器16分离后储存在旋风分离器16内；④扭矩、钻速、钻压、径向施加的力、钻井进尺等试验数据由扭矩转速变送器8，拉压力传变送器10，位移变送器11变换并传送到遥测控制显示记录系统31显示并记录；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具受力的相关规律。
所述气体钻井钻具疲劳断裂试验方法，采用以下步骤：①开启不同组合的风机进行气体钻井钻具冲蚀磨损试验；②开启液压站13进行气体钻井钻具受力试验，记下电机启动时时刻δ3；③当一根单根钻进完成后，必须先将试验段钻具2抬离水泥基础1，将油缸12活塞杆缩回油缸12内，将换向阀（37，40）移至中位，停止上升、旋转，开始卸钻，记录下此时时刻δ4；打开对开式套管4加钻具，再重复上述过程即可。如果需要加砂，再将不同组合的风机打开从大肚子3中送入；④遥测控制显示记录系统31显示并记录试验段钻具2上同一点不同时刻的拉应力、弯曲应力和剪应力以及此三者随试验时间的变化而发生的变化；⑤重复上述过程直到试验段钻具2发生疲劳断裂可找出气体钻井钻具疲劳断裂及钻具寿命的相关规律。试验结束后关电机35和所开风机电源。
本发明方法实施之前，需要先将试验段钻具2安在套筒5中，开启阀门（15,20）关闭阀门（19,23），启动小风机25，检查各个联结处有无漏风现象；开启阀门（15,19），关闭阀门（20,23），启动大风机24，检查各个联结处有无漏风现象，确认无漏风现象后再进行试验。
Claims (2)
1.一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，包括气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，气体钻井钻具受力试验方法和气体钻井钻具疲劳断裂试验方法，其特征在于：
所述气体钻井钻具冲蚀磨损试验方法，采用以下步骤：①试验前先将试验井架（7）固定在水泥基础（1）上，称出试验前试验段钻具（2）重量；②开启风机的不同组合，调节控制试验所需风压和风量，并记录下试验开始时开启风机时刻δ1，送料器（17）的砂粒在风力作用下进入管道由空气带入试验装置底部大肚子（3），冲刷试验段钻具（2）后进入旋风分离器（16），砂粒沉积后再进入装置循环使用；③试验一段时间后停止送风，记录下此时时刻δ2；④将试验段钻具（2）取出再称重量，这样就可以得出单位时间内试验段钻具（2）的磨损量；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具冲蚀磨损量的相关规律；
所述气体钻井钻具受力试验方法，采用以下步骤：①开启液压站（13），起钻；②调节调速阀（41）使之保持一个合适的钻进速度，调节调压阀（38）手柄改变钻压；调节径向加压装置（14）给试验段钻具（2）施加径向力；③启动电动机（30）开启空压机（29）；④扭矩、钻速、钻压、径向施加的力、钻井进尺等试验数据由扭矩转速变送器（8），拉压力传变送器（10），位移变送器（11）变换并传送到遥测控制显示记录系统（31）显示并记录；⑤重复上述过程可找出气体钻井钻具受力的相关规律；
所述气体钻井钻具疲劳断裂试验方法，采用以下步骤：①开启不同组合的风机进行气体钻井钻具冲蚀磨损试验；②开启液压站（13）进行气体钻井钻具受力试验，记下电机启动时时刻δ3；③当一根单根钻进完成后，必须先将试验段钻具（2）抬离水泥基础（1），停止上升、旋转，开始卸钻，记录下此时时刻δ4；打开对开式套管（4）加钻具，再重复上述过程即可；如果需要加砂，再将不同组合的风机打开从大肚子（3）中送入；④遥测控制显示记录系统（31）显示并记录试验段钻具（2）上同一点不同时刻的拉应力、弯曲应力和剪应力以及此三者随试验时间的变化而发生的变化；⑤重复上述过程直到试验段钻具（2）发生疲劳断裂可找出气体钻井钻具疲劳断裂及钻具寿命的相关规律。
2.根据权利要求1所述的一种模拟气体钻井钻具工作机理的试验方法，其特征在于：本发明方法实施之前，需要先将试验段钻具（2）安在套筒（5）中，开启阀门（15,20）关闭阀门（19,23），启动小风机25，检查各个联结处有无漏风现象；开启阀门（15,19），关闭阀门（20,23），启动大风机24，检查各个联结处有无漏风现象，确认无漏风现象后再进行试验。
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