水平井岩屑运移模拟实验系统

摘要

本申请公开了一种水平井岩屑运移模拟实验系统及方法，该系统包括该第一动力组件、可视化模拟井筒、钻杆模拟组件、装填装置、起吊组件、储液罐和离心泵。通过可视化玻璃井筒可以观察岩屑的运移情况。利用离心泵可改变储液罐的排量，以探究不同体积的钻井液对岩屑运移的影响。利用起吊组件可改变可视化模拟井筒相对于水平面的倾斜角度来模拟不同的井斜度，以探究井斜度大小对岩屑运移的影响。利用第一动力组件可以调整钻杆模拟组件的转速，以探究不同的转速对岩屑运移的影响。利用该系统可探究不同影响因素对于岩屑运移规律的影响，从而可更好地指导实际生产。

说明书

技术领域

本申请涉及油气田开采模拟实验技术领域，具体涉及一种水平井岩屑运移模拟实验系统及方法。

背景技术

水平井可以提供油气产量或者油气采收率，因此水平井钻井已成为现代油气勘探开发的重要手段之一。

但在钻井过程中，由于水平井的井斜角大，导致岩屑很容易在井筒底部淤积形成岩屑床。如果岩屑堆积问题不能得到改善，容易发生下列问题：1)摩阻压耗和扭矩增大；2)钻具和钻头磨损加剧；3)钻进速度降低；4)当量循环密度增大，易压漏地层；5)钻柱阻卡；6)套管下入困难；7)固井质量差。可见，水平井的井筒清洁程度直接关系着水平井钻进的安全、速度和质量。

因此，开发一种大斜度井筒岩屑运移规律的实验系统来研究在不同工况条件下井段内岩屑床颗粒的运动分布规律，对于开展页岩气水平井井眼净化机理及措施的研究具有重要作用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种水平井岩屑运移模拟实验系统及方法，能够更好地研究不同影响因素对于岩屑运移规律的影响。

本申请具体采用如下技术方案：

一种水平井岩屑运移模拟实验系统，所述系统包括第一动力组件、可视化模拟井筒、钻杆模拟组件、装填装置、起吊组件、储液罐和离心泵；

所述储液罐、所述离心泵和所述可视化模拟井筒通过管路顺次连接且形成回路；

所述钻杆模拟组件设置在所述可视化模拟井筒内；

所述离心泵用于使所述储液罐内的液体以预设排量通过管路输送至所述可视化模拟井筒内；

所述第一动力组件连接到所述钻杆模拟组件，用于提供所述钻杆模拟组件转动的动力；

所述装填装置与所述可视化模拟井筒连通，用于向所述可视化模拟井筒内添加岩屑；

所述起吊组件用于调节所述可视化模拟井筒相对于水平面的倾斜角度。

优选地，所述可视化模拟井筒包括顺次连接的第一金属管、有机玻璃管和第二金属管；

所述第一金属管、所述有机玻璃管和所述第二金属管的内径大小相同且同轴。

优选地，所述钻杆模拟组件包括模拟钻杆、两个偏心组件和两个第二动力组件；

所述模拟钻杆靠近所述离心泵的一端与所述第一动力组件连接；

所述两个偏心组件分别设置在所述第一金属管和所述第二金属管内，且分别套设在所述模拟钻杆的两端；每个偏心组件包括内套筒和外套筒，所述外套筒套设在所述内套筒上，所述内套筒的内孔被所述模拟钻杆穿过；所述内套筒内孔的轴线与所述筒体的轴线平行且不重合，所述外套筒内孔的轴线与筒体的轴线平行且不重合，每个所述偏心组件用于调节所述模拟钻杆相对所述可视化模拟井筒的偏心度；

所述两个第二动力组件分别用于向不同所述偏心组件的内套筒和外套筒提供转动的动力。

优选地，所述第一动力组件包括电动机、传动主轴和挠性传动轴；

所述传动主轴一端连接到所述电动机的输出端，另一端连接到所述挠性传动轴的输入端；

所述模拟钻杆连接到所述挠性传动轴的输出端。

优选地，所述第一动力组件还包括减速机；

所述减速机的输入端与所述电动机连接，输出端与所述传动杆主轴连接。

优选地，所述内套筒包括第一筒体和连接到所述第一筒体下端的第一凸缘，所述第一凸缘的外圆上设有第一传动齿；

所述外套筒包括第二筒体和连接到所述第二筒体下端的第二凸缘，所述第二凸缘的外圆上设有第二传动齿；

每组所述第二动力组件包括第一步进电机、第一传动轴和第一传动齿轮以及第二步进电机、第二传动轴和第二传动齿轮；

所述第一传动轴用于将所述第一步进电机提供的动力传递至第一传动齿轮；所述第一传动齿轮与所述第一传动齿啮合；

所述第二传动轴用于将所述第二步进电机提供的动力传递至第二传动齿轮；所述第二传动齿轮与所述第二传动齿啮合。

优选地，所述起吊组件包括起重架、起重葫芦和钢丝绳；

所述钢丝绳一端连接到所述起重葫芦的吊钩，另一端连接到所述可视化模拟井筒远离所述第一动力组件的一端。

优选地，所述储液罐内设有过滤件。

优选地，所述可视化模拟井筒靠近所述第一动力组件的一端设有第一压力表，远离所述第一动力组件的另一端设有第二压力表。

一种水平井岩屑运移模拟实验方法，所述方法用于水平井岩屑运移模拟实验系统，所述系统包括第一动力组件、可视化模拟井筒、钻杆模拟组件、装填装置、储液罐、起吊组件和离心泵；

所述储液罐、所述离心泵和所述钻杆模拟组件通过管路顺次连接且形成一个回路；

所述可视化模拟井筒靠近所述第一动力组件的一端设有第一压力表，远离所述第一动力组件的另一端设有第二压力表；

所述离心泵出水端的管路上设有流量计；

所述第一动力组件设置在所述钻杆模拟组件靠近所述离心泵的一端，用于提供所述钻杆模拟组件转动的动力；

所述钻杆模拟组件设置在所述可视化模拟井筒内，包括模拟钻杆、偏心组件和第二动力组件；

所述模拟钻杆靠近所述离心泵的一端与所述第一动力组件连接；

所述偏心组件包括内套筒和外套筒，所述外套筒套设在所述内套筒上，所述内套筒套设在所述模拟钻杆上，且被所述模拟钻杆穿过；所述内套筒内孔的轴线不与筒体的中心线共线，所述外套筒内孔的轴线不与筒体中心线共线；

所述第二动力组件分别用于向不同所述偏心组件的内套筒和外套筒提供转动的动力；

所述装填装置与所述可视化模拟井筒连通，用于向所述可视化模拟井筒内添加岩屑；

所述起吊组件用于改变所述可视化模拟井筒相对于水平面的倾斜角度；

所述方法包括：

启动所述离心泵，将所述储液罐内的液体以预设排量，通过管路输送至所述可视化模拟井筒内；

通过所述第一动力组件和所述第二动力组件控制所述模拟钻杆进行偏心转动；

通过所述装填装置向所述可视化模拟井筒内添加预设含量的岩屑；

观察所述岩屑的运移情况，并记录所述第一压力表和所述第二压力表的读数；

利用所述起吊组件调整所述可视化模拟井筒的倾斜角度，或，通过离心泵调整所述储液罐液体的排量，或，利用第一动力组件调整所述模拟钻杆的转速，或，调整所述储液罐内液体的密度和/或黏度，或，调整所述装填装置内岩屑粒径的大小，或，利用第二动力组件调整所述模拟钻杆的偏心度后，再次观察所述岩屑的运移的情况，并记录所述第一压力表和所述第二压力表的新读数。

本发明实施例的有益效果至少在于：

本发明提供了一种水平井岩屑运移模拟实验系统及方法，该系统包括第一动力组件、可视化模拟井筒、钻杆模拟组件、装填装置、起吊组件、储液罐和离心泵。通过可视化玻璃井筒可以观察岩屑的运移情况。利用离心泵可改变储液罐的排量，以探究不同体积的钻井液对岩屑运移的影响。利用起吊组件可改变可视化模拟井筒相对于水平面的倾斜角度来模拟不同的井斜度，以探究井斜度大小对岩屑运移的影响。利用第一动力组件可以调整钻杆模拟组件的转速，以探究不同的转速对岩屑运移的影响。利用该系统可探究不同影响因素对于岩屑运移规律的影响，从而可更好地指导实际生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的水平井岩屑运移模拟实验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的钻杆模拟组件沿轴线的剖视图；

图3为本发明实施例提供的钻杆模拟组件的装配图；

图4为本发明实施例提供的外套筒的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的内套筒的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的内套筒和外套筒的偏心运动合成原理图；

图7为本发明实施例提供的内套筒和外套筒处于初始位置的示意图。

其中，附图标记分别表示：

1-第一动力组件；

11-电动机；

12-传动主轴；

13-挠性传动轴；

14-减速机；

2-可视化模拟井筒；

21-第一金属管；

22-有机玻璃管；

23-第二金属管；

24-第一法兰盘；

25-第二法兰盘；

26-进液法兰；

261-进液口；

27-出液法兰；

271-出液口；

3-钻杆模拟组件；

31-模拟钻杆；

32-偏心组件；

321-内套筒；

3211-第一筒体；

3212-第一凸缘；

322-外套筒；

3221-第二筒体；

3222-第二凸缘；

33-第二动力组件；

331-第一步进电机；

332-第一传动轴；

333-第一传动齿轮；

334-第二步进电机；

335-第二传动轴；

336-第二传动齿轮；

34-压环；

4-装填装置；

5-起吊组件；

51-起重架；

52-起重葫芦；

53-钢丝绳；

6-储液罐；

61-过滤件；

7-离心泵；

8-第一压力表；

9-第二压力表；

10-流量计；

11-高速摄像机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例提供的水平井岩屑运移模拟实验系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括第一动力组件1、可视化模拟井筒2、钻杆模拟组件3、装填装置4、起吊组件5、储液罐6和离心泵7。

其中，储液罐6、离心泵7和可视化模拟井筒2通过管路顺次连接且形成一个回路；钻杆模拟组件3设置在可视化模拟井筒2内；第一动力组件1设置在钻杆模拟组件3靠近离心泵7的一端，用于提供钻杆模拟组件3转动的动力；装填装置4与可视化模拟井筒2连通，用于向可视化模拟井筒2内添加岩屑；起吊组件5于改变可视化模拟井筒2相对于水平面的倾斜角度。

为了便于说明，这里将离心泵7输出端与可视化井筒2进液端之间的管路称为进液管，将可视化井筒2出液端与储液罐进液端之间的管路称为出液管。

需要说明的是，本申请实施例中，装填装置4内的岩屑为砂粒。砂粒粒径大小可以根据实验需要去选择。储液罐6内的液体模拟的是钻井液，实际中使用的钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。液相可以是水(淡水、盐水)、油(原油、柴油)或乳状液(混油乳化液和反相乳化液)。固相包括有用固相(膨润土、加重材料)和无用固相(岩石)，在实际作业时，需根据具体情况配置钻井液。因此，在实验时，该液体的成分、密度或者黏度可以根据实验目的去调配。

透过可视化玻璃井筒2可以观察岩屑的运移情况。利用离心泵7可改变储液罐6内液体的排量，以探究不同体积的钻井液对岩屑运移规律的影响。利用起吊组件5可改变可视化模拟井筒2相对于水平面的倾斜角度，从而模拟出不同的井斜度，以探究井斜度大小对岩屑运移规律的影响。第一动力组件1可以驱动钻杆模拟组件3转动，以模拟钻杆在井下的钻进作业，利用第一动力组件1可以调整钻杆模拟组件3的转速，以探究不同的钻杆转速对岩屑运移规律的影响。利用该系统可探究不同影响因素对岩屑运移规律的影响，从而可更好地指导实际生产。

利用本系统进行实验研究的是水平井内岩屑的运移规律，因此，应当理解的是，本系统中的可视化模拟井筒2和钻杆模拟组件3均是横向摆放。

下面对本申请实施例提供的水平井岩屑运移模拟实验系统包括的各个组件的结构作进一步的说明。

对于可视化模拟井筒2，其两端部主要用来放置钻杆模拟组件3的固定件和传动件，无需对此进行观察，也即需要可视化的部分仅是可视化模拟井筒2的中部。此外，可视化模拟井筒2两端部承载的组件重量较重，因而相对中部，对两端部的强度要求较高。

由此，如图2所示，本申请实施例中，可视化模拟井筒2可以包括顺次连接的第一金属管21、有机玻璃管22(长度较长，图2中采用了折断画法)和第二金属管23。第一金属管21、有机玻璃管22和第二金属管23的内径大小相同且同轴。两端采用金属管，从而可满足强度的要求。中部采用有机玻璃管22，透过有机玻璃管22，可以观察岩屑的运移情况。

这里需要说明的是，上述有机玻璃管22的长度可以根据实验需要进行设定，比如实验模拟的是10米深的井筒，那么将有机玻璃管的长度设为10米。如果单根有机玻璃管难以达到目标长度，可以将多根有机玻璃管组合在一起。

本申请实施例中，第一金属管21、有机玻璃管22和第二金属管23采用法兰进行连接。

具体地，如图2所示，第一金属管21和有机玻璃管22之间设有两个配合使用的第一法兰盘24和第二法兰盘25。本申请实施例中，可以通过普通焊接方法将第一法兰盘24固定在第一金属管21的管口处；可以通过塑料焊接的方法使有机玻璃管22管口处的材料熔融，从而将第二法兰盘25固定在有机玻璃管22的管口处；将第一法兰盘24和第二法兰盘25对齐后，通过螺栓进行固定，从而实现第一金属管21和有机玻璃管22的连接。

第二金属管23和有机玻璃管22也可采用同样的方法进行连接，这里就不再赘述。

应当理解的是，装填装置4设置在有机玻璃管22的上方，从而将岩屑加入到该段可视化模拟井筒内，以观察岩屑的运移规律。并且装填装置4的位置应靠近有机玻璃管进液端，以更加地贴合实际情况。

进一步地，如图3所示，有机玻璃管22的管体上设有进液法兰26和出液法兰27，与离心泵7的输出端连接的管路即进液管，穿过进液法兰上的进液口261伸入至有机玻璃管22内；与储液罐输入端连接的管路即出液管，穿过出液法兰上的出液口271伸入至有机玻璃管22内，从而离心泵7输出的液体从进液管流入，从出液管流出，以模拟出钻井液将岩屑从井底携带至井口的过程。

应当理解的是，有机玻璃管22管体上设有与进液法兰26的进液口261、出液法兰27的出液口271相适配的孔。

如图2所示，本申请实施例中，钻杆模拟组件3可以包括模拟钻杆31、两个偏心组件32和两个第二动力组件33。

模拟钻杆31靠近离心泵7的一端与第一动力组件1连接；

两个偏心组件32分别设置在第一金属管21和第二金属管23内，且分别套设在模拟钻杆31的两端。每个偏心组件32包括内套筒321和外套筒322，外套筒322套设在内套筒321上，内套筒321的内孔被模拟钻杆31穿过，其内孔轴线与筒体的轴线平行且不重合，即内套筒321的内孔是偏心孔；外套筒32内孔的轴线与筒体的轴线平行且不重合，即外套筒322的内孔是偏心孔。每个偏心组件32用于调节模拟钻杆31相对可视化模拟井筒2的偏心度。

两个第二动力组件33分别用于向不同的偏心组件32的内套筒321和外套筒322提供转动的动力，也即是设置在模拟钻杆31两端的两个偏心组件32的转动是由不同的第二动力组件33来控制，使两个偏心组件32各自独立转动，互不影响。

实际钻井作业中，由于人造井筒深度较深，钻杆在井筒内转动作业时，很容易偏离人造井筒的轴线，从而会对岩屑的运移规律产生影响。本申请实施例中，偏心组件32可调节模拟钻杆31在可视化模拟井筒2中的偏心角度，具体地，内套筒321和外套筒322在第二动力组件33的控制下分别进行偏心转动，由于外套筒322套设在内套筒321上，内套筒321套设在模拟钻杆31上，因而，偏心的内套筒321和外套筒322会对模拟钻杆31产生径向作用力，从而使模拟钻杆31偏移可视化模拟井筒2的轴线。

并且通过内套筒321和外套筒322各自独立的偏心运动，可以使模拟钻杆31在两个维度(四个方向)上进行移动，从而可以还原出钻杆在人工井筒内的各种偏置形态。

需要说明的是，上述的两个维度(四个方向)是指：以可视化模拟井筒2在垂直于轴线方向上的截面中心为原点，建立直角坐标系，从而形成三个维度(六个方向)。三个维度(六个方向)中，除了与可视化模拟井筒的轴线共线的那一维度(两个方向)外的另两个维度即为上述的两个维度。

这里需要解释的是，模拟钻杆31在与可视化模拟井筒2轴线共线的那一维度上不需要移动是由于：在实际作业中，钻杆在这一维度上的运动是人为可控的，因此在做实验时，不必模拟出钻杆在该方向上的移动。

模拟钻杆31既能在第一动力组件1的驱动下转动，又能在内套筒321和外套筒322的偏心运动的综合作用下偏离可视化模拟井筒2的轴线，从而能够很好地模拟出钻杆在人工井筒内的真实工作状态。

并且，本申请实施例考虑到，模拟钻杆31长度(长度与实际钻杆一致)较长，如果仅在模拟钻杆31一端设置偏心组件32来调节模拟钻杆31的偏心角度，那么很可能仅使该端偏移轴线，而不能使未设置偏心组件32的另一端也发生偏移，也即不能灵活地去控制模拟钻杆的倾斜角度，因此，本申请实施例中，该系统包括两个分别设置在模拟钻杆31两端的偏心组件32，从而可以更好地去研究钻杆的偏心角度对岩屑运移规律的影响。

进一步地，如图4所示，内套筒321包括第一筒体3211和连接到第一筒体3211下端的第一凸缘3212，第一凸缘3212的外圆上设有第一传动齿。类似地，如图5所示，外套筒322包括第二筒体3221和连接到第二筒体3221下端的第二凸缘3222，第二凸缘3222的外圆上设有第二传动齿。

由于外套筒322是套设在内套筒321上的，因此这里应当理解的是，内套筒321的第一凸缘3212的下端面与外套筒322的第二凸缘3222的上端面相接触。

如图2所示，每组第二动力组件33包括第一步进电机331、第一传动轴332和第一传动齿轮333以及第二步进电机334、第二传动轴335和第二传动齿轮336。

其中，第一传动轴332用于将第一步进电机331提供的动力传递至第一传动齿轮333，第一传动齿轮333与第一传动齿啮合。第二传动轴335用于将第二步进电机334提供的动力传递至第二传动齿轮336；第二传动齿轮336与第二传动齿啮合。

也即是，第一传动齿轮333将第一步进电机331输出的动力，通过齿轮传动传递给内套筒321，从而实现内套筒321的转动。第二传动齿轮336将第二步进电机334输出的动力，通过齿轮传动传递给外套筒322，从而实现外套筒322的转动。同时也可以看出：内套筒321和外套筒322的转动各自独立转动，互不影响。

下面结合图6和图7对本申请实施例提供的偏心组件的调节模拟钻杆偏心度的原理进行说明。

本申请实施例中，该系统包括两个偏心组件，这两个偏心组件的具体结构相同，因而下面以其中一个偏心组件为例进行说明。

建立如图6所示的坐标系，其中xOy平面是可视化模拟井筒2在垂直于轴线方向上的截面，原点O是可视化模拟井筒2的中心，A是外套筒内孔的中心，B是内套筒内孔的中心。这里需说明的是，可视化模拟井筒2套设在外套筒322上，外套筒322套设在内套筒321上，内套筒321套设在模拟钻杆31上，因此，A同时也是内套筒321筒体的中心，B同时也是模拟钻杆31的中心。OA是外套筒322内孔中心的偏心距，AB是内套筒321内孔中心的偏心距，OB是模拟钻杆31中心的偏心距。

内套筒321和外套筒322在不同步进电机的驱动下分别进行偏心转动，如图6所示，当

设

将矢量分解到x轴和y轴有：

这里需要说明的是，在偏心转动过程中，内套筒内孔的中心A与筒体中心O的距离不变，即OA不变；外套筒内孔的中心B与筒体中心A的距离不变，即AB不变。

可见，内套筒321和外套筒322的偏心运动影响着模拟钻杆31的偏心距离及偏心角度，因此，在实验时，可以通过控制内套筒321和外套筒322的转动来实现模拟钻杆31的不同偏心度设定。

需要说明的是，上述仅是示例性的，内套筒321和外套筒322具体是向相同方向还是不同方向转动，以及各自旋转多少角度，均需要根据实验目的相应地去设置。

为了将上述内套筒321和外套筒322固定在可视化模拟井筒2内，如图2所示，本申请实施例中，可视化模拟井筒2的内部具有台阶，该台阶与内套筒321的第一凸缘3212的上端面接触。偏心组件32还包括压环34，该压环34的中心设有一个内孔，该内孔被模拟钻杆31穿过，且压环34与外套筒322的第二凸缘3222的下端面接触。通过可视化模拟井筒2内部的台阶及压环34的共同作用，可以对内套筒321和外套筒322配合形成的整体进行轴向限定。

应当理解的是，压环34的尺寸与可视化模拟井筒2的内径大小一致。压环34的数量与偏心组件32一致，也为两个。

需要说明的是，由于两个偏心组件32分别设置在第一金属管21和第二金属管23内，因此上述可视化模拟井筒2内设有台阶，实质是指：第一金属管2和第二金属管22内分别设有相应的台阶。

本申请实施例中，模拟钻杆31可以为PVC管。PVC管的强度较高，能够满足使用需求，同时相对金属而言，其质量也较轻，不会给可视化模拟井筒2带来过大的压力负担。

如图2所示，第一动力组件1包括电动机11、传动主轴12和挠性传动轴13。传动主轴12一端连接到电动机11的输出端，另一端连接到挠性传动轴13输入端。模拟钻杆31连接到挠性传动轴13的输出端，从而在电动机11的驱动下，模拟钻杆31可以转动。再如图2所示，传动主轴12可以通过轴承121进行固定，轴承121固定在轴承座122内。

在传动主轴12和模拟钻杆31之间设有挠性传动轴13，也即是模拟钻杆31和挠性传动轴13之间是挠性连接，从而模拟钻杆31能在偏心组件32施加的径向力的作用下偏离可视化模拟井筒的轴线，并同时围绕自身轴线转动。

需要说明的是，上述挠性连接是允许连接部位发生轴向伸缩、折转和垂直轴向产生一定位移量的连接方式。

挠性传动轴13可以为卷弹簧、万向轴等，本申请实施例中对此不作限定。

进一步地，第一动力组件1还包括减速器14，它的输入端与电动机11连接，输出端与传动杆主轴12连接。通过减速器14，可以调节电动机11的输出转速，以模拟出钻杆不同转速的情况。

如图1所示，本申请实施例中，起吊组件5可以包括起重架51、起重葫芦52和钢丝绳53。钢丝绳53一端连接到起重葫芦52的吊钩(图1中未示出吊钩)，另一端连接到可视化模拟井筒2远离第一动力组件1的一端，从而通过调节钢丝绳53的长度，可以改变可视化模拟井筒2的倾斜角度。

这里需要说明的是，本申请实施例中，从离心泵7泵出的液体，从可视化模拟井筒2靠近第一动力组件1的一端流入，从远离第一动力组件1的另一端流出，因而，可视化模拟井筒2靠近第一动力组件1的一端对应的是实际人工井筒的井底，而另一端对应的是实际人工井筒的井口。因此，上述调节钢丝绳53的长度实际是上拉钢丝绳，即，使可视化模拟井筒2远离第一动力组件1的这端高于靠近第一动力组件1的另一端，从而模拟出不同人工井筒的井斜角。

上述起重葫芦52既可以是手拉起重葫芦，也可以是电动起重葫芦，本申请实施例对此不作限定。

为了防止回流的液体所携带的砂粒进入离心泵7，影响其正常工作，本申请实施例中，储液罐6内设有过滤件61，当液体流经储液罐6时，携带的砂粒被留在过滤件61内，液体流入储液罐6内，便于下次实验再次利用。

由于钻井液用量也是影响岩屑运移规律的因素之一，因此，如图1所示，本申请实施例中，与离心泵7输出端连接的管路(进液管)上设有流量计10，以便于控制储液罐6的液体排量。

如图1所示，可视化模拟井筒2靠近第一动力组件1的一端设有第一压力表8，远离第一动力组件1的另一端设有第二压力表9，从而可以观察当液体携砂流过可视化模拟井筒2时，井筒内的压力变化情况，从而为实际作业提供指导，以使钻井液将更多的岩屑携带出井口。

人眼观察可视化模拟井筒2内岩屑的运移情况时，存在下述问题：1)长时间观察人眼会发生疲劳，或者因主观因素而发生精力分散，导致一些细节被忽略；2)即使实验人员全程专注，也难以留意到每颗岩屑的运动情况。由此，如图1所示，本申请实施中，该系统还包括高清摄像机11，利用高清摄像机11可以追踪单个颗粒的运动情况，记录一些人眼难以直接观察到的细节。同时其也可以对岩屑运移的整个过程进行录像，从而后续可以多次进行回放，以得到更多的发现。

本申请实施例中，该系统还可以包括支座12，支座12设置在可视化模拟井筒2下方，从而对其起到支撑作用。

本申请实施例还提供了一种水平井岩屑运移模拟实验方法，该方法用于水平井岩屑运移模拟实验系统，该系统包括第一动力组件1、可视化模拟井筒2、钻杆模拟组件3、装填装置4、储液罐6、起吊组件5和离心泵7。

储液罐6、离心泵7和钻杆模拟组件3通过管路顺次连接且形成一个回路。

可视化模拟井筒2靠近第一动力组件1的一端设有第一压力表8，远离第一动力组件1的另一端设有第二压力表9。

离心泵出水端的管路上设有流量计10。

第一动力组件1设置在钻杆模拟组件3靠近离心泵7的一端，用于提供钻杆模拟组件3转动的动力。

钻杆模拟组件3设置在可视化模拟井筒2内，包括模拟钻杆31、偏心组件32和第二动力组件33。

模拟钻杆31靠近离心泵7的一端与第一动力组件1连接。

偏心组件32包括内套筒321和外套筒322，外套筒322套设在内套筒321上，内套筒321套设在模拟钻杆31上，且被模拟钻杆31穿过；内套筒321内孔的轴线不与筒体的中心线共线，外套筒322内孔的轴线不与筒体中心线共线。

第二动力组件33分别用于向不同偏心组件32的内套筒321和外套筒322提供转动的动力。

装填装置4与可视化模拟井筒2连通，用于向可视化模拟井筒2内添加岩屑。

起吊组件5用于改变可视化模拟井筒2相对于水平面的倾斜角度。

该方法包括以下步骤：

步骤一：启动离心泵7，将储液罐6内的液体以预设排量，通过管路输送至可视化模拟井筒2内。

这里先使液体通过可视化模拟井筒2内，可以对各个部件的连接处起到润滑的作用。

步骤二：通过第一动力组件1和第二动力组件33控制模拟钻杆31进行偏心转动。

具体地，第一动力组件1使模拟钻杆31转动，第二动力组件33控制偏心组件转动，从而偏心组件对模拟钻杆施加径向力，使其偏心。

步骤三：通过装填装置4向可视化模拟井筒内添加预设含量的岩屑，观察岩屑的运移情况，并记录第一压力表8和第二压力表9的读数。

通过第一压力表8和第二压力表9的读数差值，可以了解液体携砂流经可视化模拟井筒所发生的压降。

步骤四：利用起吊组件5调整可视化模拟井筒2的倾斜角度，或，通过离心泵7调整储液罐6液体的排量，或，利用第一动力组件1调整模拟钻杆31的转速，或，调整储液罐6内液体的密度和/或黏度，或，调整装填装置4内岩屑粒径的大小，或，利用第二动力组件33调整模拟钻杆31的偏心度后，再次观察岩屑的运移的情况，并记录第一压力表8和第二压力表9的新读数。

利用单因素控制变量法，多次进行实验，以研究水平井斜度、钻井液用量、钻井液成分、密度或黏度、钻杆转速、钻杆的偏心度或者岩屑粒径大小等因素对岩屑运移情况的影响，从而为实际作业提供理论指导，以更好进行实际钻井作业。

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