[发明专利]水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法，试验装置包括旋转动力系统、测试系统、进气管路、依次连接的供水管路、进水管路、气液混合管路、试验管路和返流管路，供水管路与进水管路通过自吸泵连接，供水管路和返流管路与水箱连接，旋转动力系统驱动试验管路轴向旋转；储气罐与空气压缩机相连；自吸泵和旋转动力系统连接有变频器，以控制进水流量和试验管路的转速；测试系统包括涡街流量计、第一压力检测装置、电磁流量计、第二压力检测装置、霍尔转速传感器、差压变送器和第三压力检测装置。本发明提出的技术方案的有益效果是：可开展水平定向钻气液两相流岩屑运移试验，研究气液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失。

技术领域

本发明涉及非开挖工程技术领域，尤其涉及一种水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法。

背景技术

水平定向钻是采用锚固于地表的钻孔设备，以相对于地面较小的入射角钻入地层形成先导孔，然后将先导孔扩径至所需大小，并通过钻机回拖牵引将管道装入钻孔的一项非开挖管线敷设技术。

但是现有的反循环技术在应用于水平定向钻领域以解决大直径水平定向钻岩屑运移过程中具有实用性的问题，且基于液体射流泵原理的反循环扩孔器排屑效率不高，故亟需研究排屑效率更高的反循环扩孔器。传统水平定向钻岩屑运移只聚焦于水力岩屑运移研究，现基于喷射器原理开展空气射流反循环试验，但是缺少气液两相流岩屑运移理论，且没有系统的试验装置及试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置及试验方法，可系统开展水平定向钻气液两相流岩屑运移试验，研究气液两相流在转动钻杆内的流动模式及能量损失，分析钻杆转动速度、气液流量比、岩屑粒径及含量等参数对气液两相流岩屑运移模式及能量损失的影响。

本发明的实施例提供一种水平定向钻气液两相流岩屑运移试验装置，包括旋转动力系统、测试系统、进气管路、依次连接的供水管路、进水管路、气液混合管路、试验管路和返流管路，所述供水管路与所述进水管路之间通过自吸泵连接，所述供水管路和所述返流管路均与水箱连接，所述试验管路和所述气液混合管路之间连接有第一引压管，所述试验管路与所述返流管路之间连接有第二引压管，所述试验管路与所述第一引压管、所述第二引压管之间分别通过第一旋转接头和第二旋转接头连接，所述旋转动力系统驱动所述试验管路轴向旋转；所述进气管路一端与储气罐相连，另一端与所述进水管路靠近所述气液混合管路的一端相连，所述储气罐与空气压缩机相连，所述进气管路上设有减压阀和第一单向阀；所述自吸泵和旋转动力系统均连接有变频器，以控制进水流量和所述试验管路的转速；

所述测试系统包括涡街流量计、第一压力检测装置、电磁流量计、第二压力检测装置、霍尔转速传感器、差压变送器和第三压力检测装置，所述涡街流量计和第一压力检测装置设于所述进气管路上，所述电磁流量计和所述第二压力检测装置设于所述进水管路上，所述第三压力检测装置设于所述气液混合管路上，所述霍尔转速传感器设于所述试验管路上，所述第一引压管和所述第二引压管分别与所述差压变送器连接。

进一步地，所述旋转动力系统包括电机、第一主动链轮、第一传动链条、第二主动链轮以及第二传动链条；所述电机的传动轴与所述试验管路延伸方向相同，所述第一主动链轮和所述第二主动链轮安装于所述电机的传动轴上、且在所述传动轴延伸方向上间隔设置；

所述第一传动链条套设于所述第一旋转接头和所述第一主动链轮外围，所述第一传动链条与所述第一旋转接头上的齿轮和所述第一主动链轮相啮合；所述第二传动链条套设于所述第二旋转接头和所述第二主动链轮外围，所述第二传动链条与所述第二旋转接头上的齿轮和所述第二主动链轮相啮合；所述电机驱动所述第一主动链轮和所述第二主动链轮轴向旋转，从而带动所述试验管路旋转，所述电机与所述变频器连接。

进一步地，所述电机还连接有减速器。