鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田開(kāi)采領(lǐng)域，特別涉及一種鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣田開(kāi)發(fā)鉆井過(guò)程中，鉆具組合或鉆桿與井壁接觸，造成鉆具和井壁之間摩擦阻力較大，使鉆壓傳遞過(guò)程中損耗增大、鉆進(jìn)效率降低；隨著井眼水平段加長(zhǎng)，出現(xiàn)脫壓、粘連、丟失工具現(xiàn)象越來(lái)越多，從而大大限制了鉆進(jìn)速度，制約了水平段長(zhǎng)度的延伸，因此如何減小阻力、實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和提高井水平段長(zhǎng)度已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。而水力振蕩器在水力的作用下，可以產(chǎn)生沿鉆具組合或者鉆桿軸線方向上的振動(dòng)，該振動(dòng)可有效的改變軸向荷載的轉(zhuǎn)換、降低摩擦阻力，有效傳遞穩(wěn)定的鉆壓，從而有效解決鉆具與井壁之間的摩擦阻力，防止鉆具脫壓，提高鉆進(jìn)速度，特別是有螺桿的滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，可保護(hù)鉆頭提高機(jī)械鉆速和鉆頭的進(jìn)尺，縮短鉆井周期，減少鉆頭的起下鉆次數(shù)及卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]水力振蕩器由上接頭所在的中心管與下接頭所在的外筒組成。在工作時(shí)通過(guò)上接頭與下接頭接入鉆井管柱中，利用從上接頭方向流入的水流，使水力振蕩器中心管與外筒產(chǎn)生軸向相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)兩端鉆具軸向振動(dòng)，達(dá)到減小與井壁摩擦阻力的效果。但是水力振蕩器在振動(dòng)的情況下產(chǎn)生的振動(dòng)頻率、振幅、振動(dòng)力以及工具壓耗是影響使用效果的關(guān)鍵參數(shù)，而且受到液體排量、密度、粘度、工具預(yù)受力情況等多種因素的影響。然而以上參數(shù)無(wú)法通過(guò)理論模型準(zhǔn)確計(jì)算，更沒(méi)有現(xiàn)成的測(cè)試評(píng)估裝備與方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于模擬水力振蕩器在井下預(yù)受力作用下的工作參數(shù)，為振動(dòng)類(lèi)井下專(zhuān)用工具類(lèi)作業(yè)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)調(diào)整工具結(jié)構(gòu)參數(shù)及施工工藝提供依據(jù)的鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種使用上述鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置模擬水力振蕩器在井下預(yù)受力作用下的工作參數(shù)，以對(duì)其適用性進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)試方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案為:
[0007]—種鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置，包括設(shè)置在一固定架上的導(dǎo)向系統(tǒng)、位移傳感系統(tǒng)和循環(huán)給液測(cè)試系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，所述導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)置在所述固定架前端為所述水力振蕩器提供沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力源，所述位移傳感系統(tǒng)設(shè)置在所述固定于所述固定架內(nèi)的水力振蕩器的上接頭和外筒的側(cè)壁上，測(cè)定在所述導(dǎo)向系統(tǒng)的推動(dòng)作用下，水力振蕩器的所述上接頭和所述外筒之間的位移變化。
[0008]具體地，所述導(dǎo)向系統(tǒng)包括導(dǎo)向架、雙作用手壓栗、雙作用液壓缸、連桿和測(cè)力計(jì)，所述導(dǎo)向架設(shè)置在所述固定架的前端，所述雙作用液壓缸設(shè)置在所述導(dǎo)向架內(nèi)并通過(guò)壓力管a和壓力管b與所述雙作用手壓栗連接，所述雙作用液壓缸一端通過(guò)固定銷(xiāo)與所述導(dǎo)向架固定連接，另一端通過(guò)連接銷(xiāo)與所述連桿一端連接，所述連桿的另一端為法蘭結(jié)構(gòu)，所述測(cè)力計(jì)通過(guò)多個(gè)小螺栓固定在所述法蘭結(jié)構(gòu)的端面上；
[0009]所述位移傳感系統(tǒng)包括檢測(cè)環(huán)、位移傳感器、支撐環(huán)，所述檢測(cè)環(huán)和所述支撐環(huán)分別設(shè)置在固定于所述固定架內(nèi)的水力振蕩器的上接頭和外筒的側(cè)壁上，在所述檢測(cè)環(huán)和所述支撐環(huán)的下側(cè)均設(shè)有分別與所述檢測(cè)環(huán)和所述支撐環(huán)共面的鋼板，所述位移傳感器垂直設(shè)置在與所述支撐環(huán)的共面鋼板上，使位移傳感器在導(dǎo)向系統(tǒng)推動(dòng)水力振蕩器產(chǎn)生軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)中位移傳感器自由端端部與所述檢測(cè)環(huán)的共面鋼板之間的位移變化；
[0010]所述固定架由兩根平行結(jié)構(gòu)的鋼板圍成，在所述固定架上設(shè)有多個(gè)安裝孔，所述水力振蕩器設(shè)置在所述固定架內(nèi)并分別通過(guò)設(shè)置在固定架中部和后端端部的上卡箍和下卡箍固定在所述固定架內(nèi)，所述上/卡箍和所述下/卡箍和所述導(dǎo)向架均通過(guò)所述固定架的安裝孔連接固定；
[0011]所述循環(huán)給液測(cè)試系統(tǒng)包括導(dǎo)向法蘭、前端壓力傳感器、彎接頭、末端壓力傳感器、直接頭、流量計(jì)、水栗和水罐，所述彎接頭一端與所述水栗的出水口連接、另一端與水力振蕩器的上接頭連接且在所述彎接頭的彎折處外側(cè)設(shè)有與所述導(dǎo)向法蘭連接的法蘭孔，所述直接頭一端與水力振蕩器的外筒底端連接、另一端通過(guò)連接管路與所述流量計(jì)連接，所述流量計(jì)、所述水罐和所述水栗通過(guò)連接管路依次連接，在所述彎接頭和直接頭的側(cè)壁上分別設(shè)有安裝所述前端壓力傳感器和所述末端壓力傳感器的傳感器孔；
[0012]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向法蘭一端為法蘭結(jié)構(gòu)、另一端為與所述彎接頭的法蘭孔相適應(yīng)的弧形結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)向法蘭通過(guò)多個(gè)大螺栓固定在所述彎接頭上，使所述導(dǎo)向法蘭、連桿、所述彎接頭的水平方向管路和水力振蕩器設(shè)置在同一軸線上；其中，所述彎接頭為90。；
[0013]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向法蘭和所述彎接頭無(wú)縫對(duì)接同時(shí)，在導(dǎo)向法蘭外壁和所述彎接頭內(nèi)壁接觸處所述設(shè)有多個(gè)密封圈形成密封。
[0014]所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和與所述計(jì)算機(jī)連接并收集在一防水集線器內(nèi)的分別與所述測(cè)力計(jì)、前端壓力傳感器、位移傳感器、末端壓力傳感器和流量計(jì)連接的信號(hào)傳輸電纜；所述測(cè)力計(jì)、前端壓力傳感器、位移傳感器、末端壓力傳感器和流量計(jì)通過(guò)信號(hào)傳輸電纜將實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)回傳到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析；
[0015]所述固定架由兩根平行結(jié)構(gòu)的鋼板圍成，在所述固定架上設(shè)有多個(gè)安裝孔，所述水力振蕩器設(shè)置在所述固定架內(nèi)并分別通過(guò)設(shè)置在固定架中部和后端端部的上卡箍和下卡箍固定在所述固定架內(nèi)，所述上卡箍和所述下卡箍和所述導(dǎo)向架均通過(guò)所述固定架的安裝孔連接固定。
[0016]—種鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括如下步驟:
[0017]S1、將鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置的導(dǎo)向系統(tǒng)、位移傳感系統(tǒng)、循環(huán)給液測(cè)試系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)與待測(cè)試的水力振蕩器連接組裝，確保給液系統(tǒng)供液正常，確保數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的測(cè)力計(jì)、前端傳感器、位移傳感器、末端壓力傳感器、流量計(jì)的信號(hào)采集正常；
[0018]S2、模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn):通過(guò)設(shè)于雙作用手壓栗加液口加水并手壓雙作液壓手壓栗，通過(guò)壓力管a和壓力管b作用于雙作用液壓缸并使雙作用液壓缸處于外推工作狀態(tài)直至測(cè)力計(jì)與導(dǎo)向法蘭接觸后停止，測(cè)力計(jì)顯示推力值Fl ;開(kāi)啟水栗，逐漸增加流速，經(jīng)流量計(jì)測(cè)試顯示結(jié)果達(dá)到給定流速值Ql時(shí)保持該流速不變，使水力振蕩器進(jìn)入正常模擬工作狀態(tài)；
[0019]S3、測(cè)試數(shù)據(jù)分析:
[0020]經(jīng)位移傳感器記錄試驗(yàn)過(guò)程中的位移X，位移X的最大值與最小值的差值Δ X即為被測(cè)試水力振蕩器在該工況下的振幅；經(jīng)前端壓力傳感器檢測(cè)壓力P1，經(jīng)末端傳感器檢測(cè)壓力P2，二者的差值P1-P2即為被測(cè)試水力振蕩器在該工況下的壓耗；經(jīng)測(cè)力計(jì)檢測(cè)實(shí)時(shí)推力F，實(shí)時(shí)推力F與給定推力值Fl的差值F-Fl即為被測(cè)試水力振蕩器在該工況下可提供的振動(dòng)推力；通過(guò)輸出其時(shí)域曲線上單位時(shí)間內(nèi)的推力值周期波動(dòng)數(shù)即可計(jì)算出振動(dòng)頻率;
[0021]其中，位移傳感器的設(shè)置和壓力傳感器的設(shè)置使得在測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該水力振蕩器的工作振動(dòng)頻率可以通過(guò)位移傳感器記錄試驗(yàn)過(guò)程中的位移X與對(duì)應(yīng)時(shí)間做出的位移-時(shí)間圖或通過(guò)實(shí)時(shí)推力變化做出的推力-時(shí)間圖得出，而實(shí)際測(cè)試過(guò)程中的工作頻率計(jì)算方式根據(jù)實(shí)際工作狀況的方式便捷性而定；而經(jīng)前端壓力傳感器檢測(cè)壓力Pl和經(jīng)末端傳感器檢測(cè)壓力P2測(cè)量計(jì)算得出的壓耗則作為一項(xiàng)必需的施工考慮參數(shù)，以便于現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)系統(tǒng)的配置；
[0022]S4、根據(jù)實(shí)際工程情況調(diào)整不同參數(shù)數(shù)值，即通過(guò)調(diào)整雙作用液壓缸的推力值Fl和輸送鉆井液的供液系統(tǒng)流速Q(mào)1，對(duì)該水力振蕩器的可適用工況條件進(jìn)行如上步驟S3的測(cè)試并得出結(jié)論，以對(duì)水力振蕩器的適用工況進(jìn)行評(píng)價(jià)以便在實(shí)際作業(yè)中進(jìn)行選用。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:該鉆井用井下水力振蕩器模擬測(cè)試裝置通過(guò)調(diào)整上、下卡箍的尺寸與間距，可適用于所有規(guī)格水力振蕩器工具的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程不受水力振蕩器內(nèi)部工作原理的限制，為鉆井專(zhuān)用工具的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供依