[发明专利]用于测试钻井工具的实验架、实验系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种用于测试钻井工具的实验架、实验系统及测试方法，所述用于测试钻井工具的实验架包括工具夹持机构和多根支柱(20)，该工具夹持机构含有与该多根支柱(20)一一对应的夹持臂(16)，夹持臂(16)的一端与支柱(20)连接，夹持臂(16)的另一端能够夹持固定待测钻井工具(8)，夹持臂(16)能够以支柱(20)的中心线为轴转动，夹持臂(16)能够伸缩。该用于测试钻井工具的实验系统能够综合评价待测钻井工具(8)的工作性能，得出工具的最佳工作状态和工作参数，为工作现场选择何种类型、尺寸的钻井工具提供支撑，达到减少井下事故发生的概率，实现工具工作特性的优化，节省开支和降低成本的目的。

技术领域

本发明涉及石油钻井实验设备领域，具体的是一种用于测试钻井工具的实验架，还是一种用于测试钻井工具的实验系统，更是一种水力脉冲射流振动冲击特性的测试方法。

背景技术

随着浅层油气资源的枯竭，油气钻井向着深井、超深井、高压油气井、海洋深水钻井等领域的转移，大位移井和长水平井的数量也越来越多。钻井工程所要面对的复杂状况越来越多，钻井越来越深，地层可钻性差，对钻具的抗高温性能要求高，钻头加压困难、地质情况复杂等，尤其是深部地层机械钻速低，严重制约着深井钻井速度，直接影响着油气勘探开发的进展。水平井井眼摩阻大，在造斜井段普遍存在着托压和翻卡现象。钻进过程中，摩阻大及托压等问题也容易引起压差卡钻等井下故障，尤其是在滑动钻进时，无法给钻头施加真实有效的钻压，降低了钻井效率，延长了钻井周期。

针对钻井过程中各种问题，钻井工具作为打开油气通道的重要设备，越来越受到石油工程界的重视。在我国钻井大提速的背景下，对钻井速度与质量的要求越来越高。提速工具的出现，有效地解决了深井、超深井机械钻速低的难题。近年来，各种新型钻井工具不断的被研发，例如：通过轴向振动、周向振动或者二者共同作用的提速工具，水平井中起降摩减阻和水力加压作用的工具等。许多已研发的钻井工具也在不断地进行优化调整，并加以改进，以更好地体现其效果。

理论上，钻井工具在提高机械钻速，缩短钻井周期方面有着明显成效。为了更好地应用这些新型工具，在进入现场之前，为了避免一些复杂井下事故的发生，有必要事先对新型的钻井工具进行实验，当然实验条件应尽可能的接近现场工作条件，越接近现场工作条件的试验得出的数据越具有说服力，这种实验既能防止一些复杂井下事故的发生、降低成本、减少风险，又便于收集待测钻井工具的工作特性以做出合理的调整，值得鼓励发明更多的测试方法用于待测钻井工具的优化研究。

发明内容

为了实验测试新型的钻井工具，本发明提供了一种用于测试钻井工具的实验架、实验系统及测试方法，该实验系统能够全尺寸模拟现场工作条件，通过实验架控制及数据采集系统测得工具入口、出口的流体压力，工具内部流体的脉动特性，以及工具活动部件的轴向和周向振动位移、振幅和频率等，可以计算得出工具的工作压降、活动部件的振动载荷大小。通过综合对比分析得出工具的最佳工作参数，为现场应用提供理论基础和技术支撑。既能对工具材料的强度进行实验检验，降低井下事故发生概率，又可以优化待测钻井工具性能，达到减少钻井时间、降低钻井成本的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于测试钻井工具的实验架，包括工具夹持机构和多根支柱，该工具夹持机构含有与该多根支柱一一对应的夹持臂，夹持臂的一端与支柱连接，夹持臂的另一端能够夹持固定待测钻井工具，夹持臂能够以支柱的中心线为轴转动，夹持臂能够伸缩。

一种用于测试钻井工具的实验系统，所述用于测试钻井工具的实验系统包括上述的实验架，所述用于测试钻井工具的实验架的上部设有上下设置的两个所述工具夹持机构，所述用于测试钻井工具的实验系统还包括循环管汇、传感器、数据采集单元和控制单元，循环管汇能够与待测钻井工具连接，循环管汇上设有能够向待测钻井工具内输送泥浆的泥浆泵，该传感器与该数据采集单元连接，该数据采集单元与控制单元连接。