本發(fā)明涉及到一套鉆井工況模擬系統(tǒng)及其工作流程，屬于工程試驗技術領域，主要用于對石油鉆井過程中不同井深條件下的井下工況環(huán)境模擬和對井漏井涌過程的模擬演示試驗研究。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：鉆頭的正常旋轉鉆進過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實驗測試過程，在模擬過程中通過對泥漿溫度、流量和鉆桿旋轉速度的控制來實現(xiàn)對不同井深、不同泥漿循環(huán)情況以及鉆機在不同鉆進速度下的多種井下工況環(huán)境進行相關模擬試驗。該模擬系統(tǒng)具有操作便捷和結構簡單的特點，能夠有效對多種井下工況環(huán)境進行模擬研究。

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鉆
進過程、鉆井泥漿循環(huán)過程、井漏過程、井涌過程和安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實驗測試過
程，并能通過對泥漿溫度、流量以及鉆桿旋轉速度的控制來對多種井下工況條件進行相關模
擬試驗；
所述的鉆頭正常旋轉鉆進過程模擬子系統(tǒng)中，主要由電機支撐架(12)、電機(13)、減
速器(14)、小齒輪(15)、大齒輪(17)、軸承安裝臺(18)、螺栓(19)、毛氈墊圈(20)、
軸承端蓋(21)、密封圈(22)、滾動軸承(23)和鉆桿(30)組成；電機(13)和減速器(14)
組合提供鉆桿(30)旋轉的動力并安裝在電機支撐架(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；滾動軸承
(23)和軸承端蓋(21)由螺栓(19)固定安裝在軸承安裝臺(18)上，毛氈墊圈(20)用
于軸承端蓋(21)和鉆桿(30)的旋轉密封，密封圈(22)用于軸承端蓋(21)和軸承安裝
臺(18)的靜密封；
所述的鉆井泥漿循環(huán)過程模擬子系統(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A(9)、溫度補償調速閥(10)、流量計
A(11)、旋轉密封端(16)、流量計B(24)、冷卻器(25)、雙金屬溫度計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)進行加熱升溫，加熱溫度由要進行模擬的井況地層深度值決定，分流閥(8)將泥漿
分為兩路：一路進入正常泥漿循環(huán)管線，另一路進入井涌過程模擬管線；雙金屬溫度計A(9)
和流量計A(11)分別對通過旋轉密封端(16)進入鉆柱系統(tǒng)的泥漿溫度和流量數(shù)值進行測
量，溫度補償調速閥(10)主要對加熱后的泥漿進入鉆柱系統(tǒng)的流速大小進行調節(jié)；泥漿從
鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)流出并進入冷卻器(25)完成冷卻后回到泥漿罐(3)中，流量計B(24)
和雙金屬溫度計B(26)用于測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；
所述的井漏過程模擬子系統(tǒng)中，主要由單向閥(34)、泥漿泵B(35)、流量計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力并使漏失的泥漿通過單向閥(34)后進入冷卻器(25)
冷卻降溫，降溫過程完成后流入泥漿罐(3)中，流量計C(36)主要用于測量泥漿漏失量的
大??；
所述的井涌過程模擬子系統(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D(40)和泥漿泵C(41)組成；泥漿經(jīng)由分流閥(8)分流后進入
平板閥C(29)，再由泥漿泵C(41)提供動力流過平板閥E(39)和流量計D(40)后進行
鉆柱系統(tǒng)的泥漿循環(huán)過程中，流量計D(40)用于測量井漏泥漿量的大小；
所述的安裝有井下工具的鉆柱實驗測試過程子系統(tǒng)中，主要由旋轉密封端(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
鉆桿頂部的旋轉密封端(16)進入鉆柱系統(tǒng)中，并在鉆柱系統(tǒng)和井壁(32)之間進行循環(huán)流
動，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的
井下工況條件下進行相關試驗研究。
2.根據(jù)權利要求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
施步驟如下：
a.對鉆頭的正常旋轉鉆進過程進行模擬，電機(13)和減速器(14)被安裝在電機支撐
架(12)上，鉆桿(30)連同安裝在其上的滾動軸承(23)被放置在軸承安裝臺(18)中，
軸承端蓋(21)與鉆桿(30)相接觸處設置有毛氈墊圈(20)，用于鉆桿旋轉過程中對泥漿的
密封控制，同時在軸承安裝臺(18)和軸承端蓋(21)之間設置有密封圈(22)用于靜密封
控制；在正常鉆井過程開始時，先啟動電機(13)，通過減速器(14)帶動小齒輪(15)轉動，
使小齒輪(15)的轉速可調并保持在一定范圍之內，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，以實現(xiàn)對正常旋轉鉆進過程的模擬；
b.對鉆井泥漿循環(huán)過程進行模擬，關閉平板閥C(29)和平板閥D(38)，打開平板閥A
(6)，啟動泥漿泵(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)
中進行加熱升溫，按照鉆井過程中的地溫梯度約3℃/100m估算，通過要進行模擬的井深數(shù)
據(jù)來確定泥漿加熱的溫度，讓泥漿通過分流閥(8)流向溫度補償調速閥(10)，使泥漿流速
調節(jié)達到要求的數(shù)值后通過旋轉密封端(16)進入鉆柱泥漿循環(huán)系統(tǒng)，在這一過程中使用雙
金屬溫度計A(9)和流量計A(11)測量流進系統(tǒng)的泥漿溫度值和流量值；流進鉆柱系統(tǒng)的
泥漿通過鉆桿(30)和井下工具(31)后沿著井壁(32)流向出液管線，打開平板閥B(27)，
使泥漿在冷卻器(25)中冷卻至常溫，再通過減速閥(28)降低流速后回流到泥漿罐(3)中，
出液管線中安裝的流量計B(24)和雙金屬溫度計B(26)可測量流出系統(tǒng)的泥漿流量值和
溫度值；
c.對井漏過程進行模擬，在正常旋轉鉆進的過程中，關閉平板閥E(39)，打開平板閥D
(38)和平板閥F(37)，啟動泥漿泵B(35)為泥漿漏失流動提高動力，通過對平板閥F(37)
開度的調節(jié)來控制井漏工況下漏失泥漿量的大小，并使用流量計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)轉進過程中的泥漿逆流到漏失管線中，同時將通
過漏失管線的泥漿導入到冷卻器(25)中進行冷卻后再流回到泥漿罐(3)中；
d.對井涌過程進行模擬，在正常旋轉鉆進的過程中，關閉平板閥F(37)，打開平板閥D
(38)、平板閥E(39)和平板閥C(29)，啟動泥漿泵C(41)來為泥漿進入鉆柱系統(tǒng)提供
動力，同時通過調節(jié)平板閥C(29)的閥門開度來控制泥漿涌入量的大小，使用流量計D(40)
獲得具體的涌入泥漿流量值；
e.對安裝有井下工具的鉆柱系統(tǒng)實驗測試過程進行模擬，將井下工具(31)裝入鉆桿(30)
中，啟動電機(13)，讓鉆柱系統(tǒng)旋轉運動，按照上述流程a和流程b的操作步驟可實現(xiàn)對
正常旋轉鉆進過程和鉆井泥漿循環(huán)過程的模擬實驗研究；配合流程c和流程d可完成對井下
工具在不同井深工況下的井漏和井涌過程模擬研究，依據(jù)上述流程可為井下工具在近乎真
實井下工況條件下的試驗驗證研究提供支撐；
f.試驗完成后，關閉泥漿泵和電機，將系統(tǒng)內殘留的鉆井液從出液口(42)清理出鉆柱
系統(tǒng)和液流管線，取出井下工具并對相關實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到不同井下工況條件下的試
驗研究結論。