本發(fā)明涉及到一套鉆井工況模擬系統(tǒng)及其工作流程，屬于工程試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，主要用于對(duì)石油鉆井過(guò)程中不同井深條件下的井下工況環(huán)境模擬和對(duì)井漏井涌過(guò)程的模擬演示試驗(yàn)研究。該鉆井工況模擬系統(tǒng)主要能夠模擬的井下工況環(huán)境包括：鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程、鉆井泥漿循環(huán)過(guò)程、井漏過(guò)程、井涌過(guò)程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程，在模擬過(guò)程中通過(guò)對(duì)泥漿溫度、流量和鉆桿旋轉(zhuǎn)速度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同井深、不同泥漿循環(huán)情況以及鉆機(jī)在不同鉆進(jìn)速度下的多種井下工況環(huán)境進(jìn)行相關(guān)模擬試驗(yàn)。該模擬系統(tǒng)具有操作便捷和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能夠有效對(duì)多種井下工況環(huán)境進(jìn)行模擬研究。

1.一套鉆井工況模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述鉆井工況模擬系統(tǒng)能夠模擬鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆
進(jìn)過(guò)程、鉆井泥漿循環(huán)過(guò)程、井漏過(guò)程、井涌過(guò)程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)
程，并能通過(guò)對(duì)泥漿溫度、流量以及鉆桿旋轉(zhuǎn)速度的控制來(lái)對(duì)多種井下工況條件進(jìn)行相關(guān)模
擬試驗(yàn)；
所述的鉆頭正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程模擬子系統(tǒng)中，主要由電機(jī)支撐架(12)、電機(jī)(13)、減
速器(14)、小齒輪(15)、大齒輪(17)、軸承安裝臺(tái)(18)、螺栓(19)、毛氈墊圈(20)、
軸承端蓋(21)、密封圈(22)、滾動(dòng)軸承(23)和鉆桿(30)組成；電機(jī)(13)和減速器(14)
組合提供鉆桿(30)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力并安裝在電機(jī)支撐架(12)上，減速器(14)一端安裝有小
齒輪(15)，與小齒輪(15)相配合的大齒輪(17)安裝在鉆桿(30)合適位置處；滾動(dòng)軸承
(23)和軸承端蓋(21)由螺栓(19)固定安裝在軸承安裝臺(tái)(18)上，毛氈墊圈(20)用
于軸承端蓋(21)和鉆桿(30)的旋轉(zhuǎn)密封，密封圈(22)用于軸承端蓋(21)和軸承安裝
臺(tái)(18)的靜密封；
所述的鉆井泥漿循環(huán)過(guò)程模擬子系統(tǒng)中，主要由泥漿罐(3)、泥漿泵A(5)、平板閥A
(6)、管狀加熱器(7)、分流閥(8)、雙金屬溫度計(jì)A(9)、溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)、流量計(jì)
A(11)、旋轉(zhuǎn)密封端(16)、流量計(jì)B(24)、冷卻器(25)、雙金屬溫度計(jì)B(26)、平板閥
B(27)和減速閥(28)組成；泥漿泵A(5)將泥漿從泥漿罐(3)中抽出后輸送到管狀加熱
器(7)進(jìn)行加熱升溫，加熱溫度由要進(jìn)行模擬的井況地層深度值決定，分流閥(8)將泥漿
分為兩路：一路進(jìn)入正常泥漿循環(huán)管線(xiàn)，另一路進(jìn)入井涌過(guò)程模擬管線(xiàn)；雙金屬溫度計(jì)A(9)
和流量計(jì)A(11)分別對(duì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)的泥漿溫度和流量數(shù)值進(jìn)行測(cè)
量，溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)主要對(duì)加熱后的泥漿進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)的流速大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；泥漿從
鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)流出并進(jìn)入冷卻器(25)完成冷卻后回到泥漿罐(3)中，流量計(jì)B(24)
和雙金屬溫度計(jì)B(26)用于測(cè)量流出泥漿的流量值和溫度值，減速閥(28)主要用于降低
流出泥漿的速度；
所述的井漏過(guò)程模擬子系統(tǒng)中，主要由單向閥(34)、泥漿泵B(35)、流量計(jì)C(36)、
平板閥F(37)和平板閥D(38)組成；單向閥(34)用于單向控制泥漿的流向，由泥漿泵B
(35)提供井漏工況下的泥漿漏失動(dòng)力并使漏失的泥漿通過(guò)單向閥(34)后進(jìn)入冷卻器(25)
冷卻降溫，降溫過(guò)程完成后流入泥漿罐(3)中，流量計(jì)C(36)主要用于測(cè)量泥漿漏失量的
大??；
所述的井涌過(guò)程模擬子系統(tǒng)中，主要由分流閥(8)、平板閥C(29)、平板閥D(38)、
平板閥E(39)、流量計(jì)D(40)和泥漿泵C(41)組成；泥漿經(jīng)由分流閥(8)分流后進(jìn)入
平板閥C(29)，再由泥漿泵C(41)提供動(dòng)力流過(guò)平板閥E(39)和流量計(jì)D(40)后進(jìn)行
鉆柱系統(tǒng)的泥漿循環(huán)過(guò)程中，流量計(jì)D(40)用于測(cè)量井漏泥漿量的大?。?br/>所述的安裝有井下工具的鉆柱實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程子系統(tǒng)中，主要由旋轉(zhuǎn)密封端(16)、鉆桿
(30)、井下工具(31)和井壁(32)組成；井下工具(31)安裝在鉆桿(30)中，泥漿經(jīng)過(guò)
鉆桿頂部的旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)中，并在鉆柱系統(tǒng)和井壁(32)之間進(jìn)行循環(huán)流
動(dòng)，井下工具(31)在受到不同地層深度條件下的泥漿作用以及在發(fā)生井漏或井涌狀況時(shí)的
井下工況條件下進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一套鉆井工況模擬系統(tǒng)的工作流程，其特征在于所述工作流程的實(shí)
施步驟如下：
a.對(duì)鉆頭的正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行模擬，電機(jī)(13)和減速器(14)被安裝在電機(jī)支撐
架(12)上，鉆桿(30)連同安裝在其上的滾動(dòng)軸承(23)被放置在軸承安裝臺(tái)(18)中，
軸承端蓋(21)與鉆桿(30)相接觸處設(shè)置有毛氈墊圈(20)，用于鉆桿旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)泥漿的
密封控制，同時(shí)在軸承安裝臺(tái)(18)和軸承端蓋(21)之間設(shè)置有密封圈(22)用于靜密封
控制；在正常鉆井過(guò)程開(kāi)始時(shí)，先啟動(dòng)電機(jī)(13)，通過(guò)減速器(14)帶動(dòng)小齒輪(15)轉(zhuǎn)動(dòng)，
使小齒輪(15)的轉(zhuǎn)速可調(diào)并保持在一定范圍之內(nèi)，大齒輪(17)在小齒輪(15)的嚙合作
用下帶到鉆桿(30)和井下工具(31)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程的模擬；
b.對(duì)鉆井泥漿循環(huán)過(guò)程進(jìn)行模擬，關(guān)閉平板閥C(29)和平板閥D(38)，打開(kāi)平板閥A
(6)，啟動(dòng)泥漿泵(5)將泥漿罐(3)中的鉆井泥漿抽出，讓抽出的泥漿在管狀加熱器(7)
中進(jìn)行加熱升溫，按照鉆井過(guò)程中的地溫梯度約3℃/100m估算，通過(guò)要進(jìn)行模擬的井深數(shù)
據(jù)來(lái)確定泥漿加熱的溫度，讓泥漿通過(guò)分流閥(8)流向溫度補(bǔ)償調(diào)速閥(10)，使泥漿流速
調(diào)節(jié)達(dá)到要求的數(shù)值后通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封端(16)進(jìn)入鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)，在這一過(guò)程中使用雙
金屬溫度計(jì)A(9)和流量計(jì)A(11)測(cè)量流進(jìn)系統(tǒng)的泥漿溫度值和流量值；流進(jìn)鉆柱系統(tǒng)的
泥漿通過(guò)鉆桿(30)和井下工具(31)后沿著井壁(32)流向出液管線(xiàn)，打開(kāi)平板閥B(27)，
使泥漿在冷卻器(25)中冷卻至常溫，再通過(guò)減速閥(28)降低流速后回流到泥漿罐(3)中，
出液管線(xiàn)中安裝的流量計(jì)B(24)和雙金屬溫度計(jì)B(26)可測(cè)量流出系統(tǒng)的泥漿流量值和
溫度值；
c.對(duì)井漏過(guò)程進(jìn)行模擬，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過(guò)程中，關(guān)閉平板閥E(39)，打開(kāi)平板閥D
(38)和平板閥F(37)，啟動(dòng)泥漿泵B(35)為泥漿漏失流動(dòng)提高動(dòng)力，通過(guò)對(duì)平板閥F(37)
開(kāi)度的調(diào)節(jié)來(lái)控制井漏工況下漏失泥漿量的大小，并使用流量計(jì)C(36)獲得具體的漏失泥
漿流量值，單向閥(34)用于防止正常循環(huán)轉(zhuǎn)進(jìn)過(guò)程中的泥漿逆流到漏失管線(xiàn)中，同時(shí)將通
過(guò)漏失管線(xiàn)的泥漿導(dǎo)入到冷卻器(25)中進(jìn)行冷卻后再流回到泥漿罐(3)中；
d.對(duì)井涌過(guò)程進(jìn)行模擬，在正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過(guò)程中，關(guān)閉平板閥F(37)，打開(kāi)平板閥D
(38)、平板閥E(39)和平板閥C(29)，啟動(dòng)泥漿泵C(41)來(lái)為泥漿進(jìn)入鉆柱系統(tǒng)提供
動(dòng)力，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)平板閥C(29)的閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制泥漿涌入量的大小，使用流量計(jì)D(40)
獲得具體的涌入泥漿流量值；
e.對(duì)安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行模擬，將井下工具(31)裝入鉆桿(30)
中，啟動(dòng)電機(jī)(13)，讓鉆柱系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按照上述流程a和流程b的操作步驟可實(shí)現(xiàn)對(duì)
正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程和鉆井泥漿循環(huán)過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)研究；配合流程c和流程d可完成對(duì)井下
工具在不同井深工況下的井漏和井涌過(guò)程模擬研究，依據(jù)上述流程可為井下工具在近乎真
實(shí)井下工況條件下的試驗(yàn)驗(yàn)證研究提供支撐；
f.試驗(yàn)完成后，關(guān)閉泥漿泵和電機(jī)，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的鉆井液從出液口(42)清理出鉆柱
系統(tǒng)和液流管線(xiàn)，取出井下工具并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同井下工況條件下的試
驗(yàn)研究結(jié)論。