[发明专利]一种模拟空气钻井井下钻具动态力学特征的实验方法

摘要

一种模拟空气钻井井下钻具动态力学特征的实验方法，其特征在于：在井架上部放置旋转系统，为钻柱提供旋转扭矩和钻进扭矩；钻头的底部安置激振系统，以提供钻压和随机振动激励信号；钻柱、井筒和钻头的大小均按现场常用的井身结构尺寸通过相似性原理设计并选择；井筒上安置监测系统，使模拟钻进过程中能进行钻井介质流态观测和钻具动态力学特征随钻测量；所述各系统固定在可转动角度并定位的井架上，调整井架的倾斜角度，可实现不同井斜角下钻具的动态力学特征模拟实验。本发明适用于石油、天然气钻井中井下钻具动力学研究。

主权项

一种模拟空气钻井井下钻具动态力学特征的实验方法，其特征在于：采用一个可旋转角度并定位的井架(11)，以便实现不同井斜角下的钻进模拟；在井架(11)上设置井筒(5)，将钻柱(4)置于井筒(5)之中，在钻头(7)底部安置激振系统(8)并与井筒(5)相联，激振系统(8)和井筒(5)安装于井架(11)的导轨上并可沿着导轨上下滑动，不仅为模拟钻进过程中提供一定范围的钻压，而且提供模拟井下钻头工作过程中产生的随机振动激励信号；钻柱(4)、井筒(5)和钻头(7)的大小均按现场常用的井身结构尺寸通过相似性原理设计，构成能模拟现场空气钻井的真实系统；在井架(11)上部设置一电动机(2)，电动机(2)与齿轮(3)相联，通过齿轮(3)驱动钻柱(4)旋转；循环系统包括钻柱(4)、井筒(5)和地面介质供给系统(9)，地面介质供给系统(9)配送不同比例的气体、液体或固体混合的循环介质，以模拟现场钻井循环介质的不同组分；井筒(5)上安置有监测系统(6)，使模拟钻进过程中能进行钻具动态力学特征随钻测量，监测系统(6)中各种数据最终传输至地面的数据采集系统(10)；地面动力系统(12)为井架(11)的旋转提供动力。