煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置的鉆井模擬系統的制作方法

煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置的鉆井模擬系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于煤層氣井產出測試技術領域，尤其涉及一種煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置的鉆井模擬系統。
【背景技術】
[0002]煤層氣作為一種新型清潔能源，受到了人們廣泛的關注，國內紛紛投入煤層氣資源勘探開發中。煤層氣主要賦存在煤層中，為了開發埋藏在地下的煤層氣，地面鉆井是其主要的開發方式。我國煤層在形成后，大多遭受了多期構造運動作用，煤層松軟，鉆井過程中易產生煤粉，這些產出的煤粉可能堵塞煤儲層裂隙通道，使煤儲層的導流能力顯著降低，進而影響了煤層氣井的產氣量。
[0003]煤儲層主要屬性參數(主要包括煤層厚度、巖石力學性質、煤層段力學性質差異組合等)、鉆井參數(主要包括鉆井液密度、鉆壓、轉速、鉆頭直徑等)等差異，造成鉆井過程中煤粉產出量及粒徑的不同，進而造成對儲層導流能力傷害的差異。為了研究煤層氣直井鉆進過程這些參數對煤粉產出量的影響，一些研究者進行了理論推導及簡單的模擬試驗，由于測試裝置簡單，導致測試時無法進行鉆進過程中煤粉的提取，無法較準確的測試煤層受力情況，更不能有效分離煤粉、巖肩與泥漿，更無法測試煤粉產出量和煤粉粒度分布特征，導致研究成果在指導現場施工時存在較大偏差。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供了一種煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置的鉆井模擬系統，該測試系統能對不同儲層屬性參數、不同鉆井參數下煤粉產出量及粒徑的分布進行較準確測試，為優化鉆井工藝參數，減少鉆井過程中煤粉產出和井徑擴大率提供理論依據。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置的鉆井模擬系統，包括框架58和上下兩端均敞口的圓筒體54，框架58內底部設有底座56，圓筒體54下端通過卡箍55與底座56可拆卸密封連接，圓筒體54上端設有圓環頂蓋57，圓筒體54內設有將圓筒體54內部分隔為導向腔59和試驗腔60的圓環隔板61，圓筒體54、圓環頂蓋57和圓環隔板61的中心線重合，圓環頂蓋57和圓環隔板61的內孔滑動密封連接有軸向壓軸62，框架58上部設有缸體63，軸向壓軸62上部外側設有與缸體63內壁滑動密封配合的活塞柱64 ;框架58頂部上下滑動設有活動架65，活動架上設有驅動電機66，軸向壓軸62內沿中心線方向設有導向孔72，導向孔72內同軸向設有鉆桿67，鉆桿67外徑小于導向孔72內徑，軸向壓軸62頂部設有與鉆桿67外壁滑動密封配合的環形堵蓋68，鉆桿67上端向上穿過環形堵蓋68與驅動電機66傳動連接，鉆桿67下端設有模擬鉆頭69，底座56上設有位于試驗腔60內的樣品煤塊70，樣品煤塊70側部設有用于監測樣品煤塊70變形量的引伸計71，軸向壓軸62外側設有位于導向腔59內并與導向腔59內壁滑動配合的導向板73 ;鉆桿67中心沿軸向方向設有上下通透的鉆井液注入孔76 ；
[0006]缸體63連接有軸向模擬注壓管74，圓筒體54的試驗腔60連接有圓周向模擬注壓管75。
[0007]采用上述技術方案，煤層氣直井鉆進煤粉產出測試裝置還包括地層壓力模擬系統1、鉆井液循環系統3和煤粉產出測控系統4 ;
[0008]地層壓力模擬系統1包括伺服液壓油源5、軸壓模擬裝置和圍壓模擬裝置；
[0009]軸壓模擬裝置包括軸壓伺服油箱6、軸壓增壓器7、軸壓伺服控制器8、軸壓充液控制閥9和軸壓充液油箱10 ;軸壓伺服油箱6通過軸壓主油管11與伺服液壓油源5連接，軸壓伺服油箱6通過第一軸壓增壓油管12與軸壓增壓器7連接，軸壓增壓器7通過第二軸壓增壓油管13與軸壓充液控制閥9連接，軸壓充液控制閥9通過第三軸壓增壓油管14與軸壓充液油箱10連接；第一軸壓增壓油管12上沿軸壓伺服油箱6到軸壓增壓器7方向依次設有第一軸壓過濾器15、軸壓油栗電機組16、第二軸壓過濾器17、軸壓蓄能器18和軸壓伺服閥19，第一軸壓增壓油管12上在軸壓油栗電機組16和第二軸壓過濾器17之間連接有軸壓溢流管20，軸壓溢流管20的一端伸入到軸壓伺服油箱6內，軸壓溢流管20沿油液流向依次設有軸壓壓力表21、軸壓溢流閥22和軸壓冷卻器23 ;第三軸壓增壓油管14上沿軸壓充液油箱10到軸壓增壓器7方向依次設有軸壓充液過濾器24和軸壓充液油栗電機組25，第三軸壓增壓油管14上在軸壓充液油栗電機組25和軸壓充液控制閥9之間連接有軸壓充液溢流管26，軸壓充液溢流管26上沿油液流向依次設有軸壓充液壓力表27、軸壓充液溢流閥28和軸壓充液冷卻器29 ;
[0010]圍壓模擬裝置包括圍壓伺服油箱30、圍壓增壓器31、圍壓伺服控制器32、圍壓充液油箱33和圍壓充液控制閥36 ;圍壓伺服油箱30通過圍壓主油管34與伺服液壓油源5連接，圍壓伺服油箱30通過第一圍壓增壓油管35與圍壓增壓器31連接，圍壓增壓器31通過第二圍壓增壓油管37與圍壓充液控制閥36連接，圍壓充液控制閥36通過第三圍壓增壓油管38與圍壓充液油箱33連接；第一圍壓增壓油管35上沿圍壓伺服油箱30到圍壓增壓器31方向依次設有第一圍壓過濾器39、圍壓油栗電機組40、第二圍壓過濾器41、圍壓蓄能器42和圍壓伺服閥43，第一圍壓增壓油管35上在圍壓油栗電機組40和第二圍壓過濾器41之間連接有圍壓溢流管44，圍壓溢流管44的一端伸入到圍壓伺服油箱30內，圍壓溢流管44沿油液流向依次設有圍壓壓力表45、圍壓溢流閥46和圍壓冷卻器47 ;第三圍壓增壓油管38上沿圍壓充液油箱33到圍壓增壓器31方向依次設有圍壓充液過濾器48和圍壓充液油栗電機組49，第三圍壓增壓油管38上在圍壓充液油栗電機組49和圍壓充液控制閥36之間連接有圍壓充液溢流管50，圍壓充液溢流管50上沿油液流向依次設有圍壓充液壓力表51、圍壓充液溢流閥52和圍壓充液冷卻器53 ;
[0011]軸壓充液控制閥9通過軸向模擬注壓管74與缸體63內部連通；圍壓充液控制閥36通過圓周向模擬注壓管75與圓筒體54的試驗腔60連通；
[0012]鉆井液循環系統3包括沉淀箱77，沉淀箱77內設有液位傳感器78，沉淀箱77的出液口與鉆井液注入孔76之間設有鉆井液注入管79，鉆井液注入管79沿液流方向依次設有流量計81、鉆井液水栗電機組80、進液閥82和鉆井液壓力計91，沉淀箱77的進液口與軸向壓軸62內的導向孔72之間設有漿液排出管83，漿液排出管83上沿液流方向順次設有出液閥84、煤粉濃度傳感器85和煤粉粒度分離器86 ;
[0013]煤粉產出測控系統4包括計算機87和測控儀器88，測控儀器88連接有集線器89、鉆井液控制器90和煤粉濃度傳感器85連接，集線器89通過數據信號線分別與驅動電機66、軸壓伺服控制器8、圍壓伺服控制器32和伺服液壓油源5連接；
[0014]鉆井液控制器90通過控制信號線分別與鉆井液水栗電機組80、流量計81和液位傳感器78連接；
[0015]軸壓伺服控制器8通過軸壓控制電纜分別與軸壓增壓器7、軸壓充液控制閥9、軸壓油栗電機組16、軸壓蓄能器18、軸壓伺服閥19、軸壓壓力表21、軸壓溢流閥22、軸壓充液油栗電機組25、軸壓充液壓力表27和軸壓充液溢流閥28連接；
[0016]圍壓伺服控制器32通過圍壓控制電纜分別與圍壓增壓器31、圍壓充液控制閥36、圍壓油栗電機組40、圍壓蓄能器42、圍壓伺服閥43、圍壓壓力表45、圍壓溢流閥46、圍壓充液油栗電機組49、圍壓充液壓力表51和圍壓充液溢流閥52連接。
[0017]煤粉粒度分離器86包括沿沿液流方向依次同軸向設置的第一連接套管95、第一煤粉篩筒92、第二煤粉篩筒9