本发明涉及到一套钻井工况模拟系统及其工作流程，属于工程试验技术领域，主要用于对石油钻井过程中不同井深条件下的井下工况环境模拟和对井漏井涌过程的模拟演示试验研究。该钻井工况模拟系统主要能够模拟的井下工况环境包括：钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，在模拟过程中通过对泥浆温度、流量和钻杆旋转速度的控制来实现对不同井深、不同泥浆循环情况以及钻机在不同钻进速度下的多种井下工况环境进行相关模拟试验。该模拟系统具有操作便捷和结构简单的特点，能够有效对多种井下工况环境进行模拟研究。
1.一套钻井工况模拟系统，其特征在于：所述钻井工况模拟系统能够模拟钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，并能通过对泥浆温度、流量以及钻杆旋转速度的控制来对多种井下工况条件进行相关模拟试验；
所述的钻头正常旋转钻进过程模拟子系统中，主要由电机支撑架(12)、电机(13)、减速器(14)、小齿轮(15)、大齿轮(17)、轴承安装台(18)、螺栓(19)、毛毡垫圈(20)、轴承端盖(21)、密封圈(22)、滚动轴承(23)和钻杆(30)组成；电机(13)和减速器(14)组合提供钻杆(30)旋转的动力并安装在电机支撑架(12)上，减速器(14)一端安装有小齿轮(15)，与小齿轮(15)相配合的大齿轮(17)安装在钻杆(30)合适位置处；滚动轴承(23)和轴承端盖(21)由螺栓(19)固定安装在轴承安装台(18)上，毛毡垫圈(20)用于轴承端盖(21)和钻杆(30)的旋转密封，密封圈(22)用于轴承端盖(21)和轴承安装台(18)的静密封；
所述的钻井泥浆循环过程模拟子系统中，主要由泥浆罐(3)、泥浆泵A(5)、平板阀A(6)、管状加热器(7)、分流阀(8)、双金属温度计A(9)、温度补偿调速阀(10)、流量计A(11)、旋转密封端(16)、流量计B(24)、冷却器(25)、双金属温度计B(26)、平板阀B(27)和减速阀(28)组成；泥浆泵A(5)将泥浆从泥浆罐(3)中抽出后输送到管状加热器(7)进行加热升温，加热温度由要进行模拟的井况地层深度值决定，分流阀(8)将泥浆分为两路：一路进入正常泥浆循环管线，另一路进入井涌过程模拟管线；双金属温度计A(9)和流量计A(11)分别对通过旋转密封端(16)进入钻柱系统的泥浆温度和流量数值进行测量，温度补偿调速阀(10)主要对加热后的泥浆进入钻柱系统的流速大小进行调节；泥浆从钻柱泥浆循环系统流出并进入冷却器(25)完成冷却后回到泥浆罐(3)中，流量计B(24)和双金属温度计B(26)用于测量流出泥浆的流量值和温度值，减速阀(28)主要用于降低流出泥浆的速度；
所述的井漏过程模拟子系统中，主要由单向阀(34)、泥浆泵B(35)、流量计C(36)、平板阀F(37)和平板阀D(38)组成；单向阀(34)用于单向控制泥浆的流向，由泥浆泵B(35)提供井漏工况下的泥浆漏失动力并使漏失的泥浆通过单向阀(34)后进入冷却器(25)冷却降温，降温过程完成后流入泥浆罐(3)中，流量计C(36)主要用于测量泥浆漏失量的大小；
所述的井涌过程模拟子系统中，主要由分流阀(8)、平板阀C(29)、平板阀D(38)、平板阀E(39)、流量计D(40)和泥浆泵C(41)组成；泥浆经由分流阀(8)分流后进入平板阀C(29)，再由泥浆泵C(41)提供动力流过平板阀E(39)和流量计D(40)后进行钻柱系统的泥浆循环过程中，流量计D(40)用于测量井漏泥浆量的大小；
所述的安装有井下工具的钻柱实验测试过程子系统中，主要由旋转密封端(16)、钻杆(30)、井下工具(31)和井壁(32)组成；井下工具(31)安装在钻杆(30)中，泥浆经过钻杆顶部的旋转密封端(16)进入钻柱系统中，并在钻柱系统和井壁(32)之间进行循环流动，井下工具(31)在受到不同地层深度条件下的泥浆作用以及在发生井漏或井涌状况时的井下工况条件下进行相关试验研究。
2.根据权利要求1所述的一套钻井工况模拟系统的工作流程，其特征在于所述工作流程的实施步骤如下：
a.对钻头的正常旋转钻进过程进行模拟，电机(13)和减速器(14)被安装在电机支撑架(12)上，钻杆(30)连同安装在其上的滚动轴承(23)被放置在轴承安装台(18)中，轴承端盖(21)与钻杆(30)相接触处设置有毛毡垫圈(20)，用于钻杆旋转过程中对泥浆的密封控制，同时在轴承安装台(18)和轴承端盖(21)之间设置有密封圈(22)用于静密封控制；
在正常钻井过程开始时，先启动电机(13)，通过减速器(14)带动小齿轮(15)转动，使小齿轮(15)的转速可调并保持在一定范围之内，大齿轮(17)在小齿轮(15)的啮合作用下带到钻杆(30)和井下工具(31)旋转，以实现对正常旋转钻进过程的模拟；
b.对钻井泥浆循环过程进行模拟，关闭平板阀C(29)和平板阀D(38)，打开平板阀A(6)，启动泥浆泵(5)将泥浆罐(3)中的钻井泥浆抽出，让抽出的泥浆在管状加热器(7)中进行加热升温，按照钻井过程中的地温梯度约3℃/100m估算，通过要进行模拟的井深数据来确定泥浆加热的温度，让泥浆通过分流阀(8)流向温度补偿调速阀(10)，使泥浆流速调节达到要求的数值后通过旋转密封端(16)进入钻柱泥浆循环系统，在这一过程中使用双金属温度计A(9)和流量计A(11)测量流进系统的泥浆温度值和流量值；流进钻柱系统的泥浆通过钻杆(30)和井下工具(31)后沿着井壁(32)流向出液管线，打开平板阀B(27)，使泥浆在冷却器(25)中冷却至常温，再通过减速阀(28)降低流速后回流到泥浆罐(3)中，出液管线中安装的流量计B(24)和双金属温度计B(26)可测量流出系统的泥浆流量值和温度值；
c.对井漏过程进行模拟，在正常旋转钻进的过程中，关闭平板阀E(39)，打开平板阀D(38)和平板阀F(37)，启动泥浆泵B(35)为泥浆漏失流动提高动力，通过对平板阀F(37)开度的调节来控制井漏工况下漏失泥浆量的大小，并使用流量计C(36)获得具体的漏失泥浆流量值，单向阀(34)用于防止正常循环转进过程中的泥浆逆流到漏失管线中，同时将通过漏失管线的泥浆导入到冷却器(25)中进行冷却后再流回到泥浆罐(3)中；
d.对井涌过程进行模拟，在正常旋转钻进的过程中，关闭平板阀F(37)，打开平板阀D(38)、平板阀E(39)和平板阀C(29)，启动泥浆泵C(41)来为泥浆进入钻柱系统提供动力，同时通过调节平板阀C(29)的阀门开度来控制泥浆涌入量的大小，使用流量计D(40)获得具体的涌入泥浆流量值；
e.对安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程进行模拟，将井下工具(31)装入钻杆(30)中，启动电机(13)，让钻柱系统旋转运动，按照上述流程a和流程b的操作步骤可实现对正常旋转钻进过程和钻井泥浆循环过程的模拟实验研究；配合流程c和流程d可完成对井下工具在不同井深工况下的井漏和井涌过程模拟研究，依据上述流程可为井下工具在近乎真实井下工况条件下的试验验证研究提供支撑；
f.试验完成后，关闭泥浆泵和电机，将系统内残留的钻井液从出液口(42)清理出钻柱系统和液流管线，取出井下工具并对相关实验数据进行处理，得到不同井下工况条件下的试验研究结论。
一套钻井工况模拟系统及其工作流程
技术领域
[0001] 本发明涉及石油钻井勘探开发领域，一套针对不同钻井工况环境下进行相关模拟研究的实验技术，具体适用于不同井深条件下钻柱的正常旋转转进过程、钻井泥浆循环过程和井漏井涌过程的模拟试验及其系统工作流程。
背景技术
[0002] 在进入21世纪以来，从石油天然气钻井开发技术的现状和发展趋势来看，采用旋转钻井仍将是今后油田勘探开发过程中最主要的钻井方法。旋转钻井技术可被细分为转盘旋转钻井、井下动力钻井和两者兼顾的复合旋转钻井等三种主要的钻井方式。转盘旋转钻井技术是使整个钻柱系统处于旋转运动状态，同时带动钻头旋转钻进；井下动力钻井是井下动力钻具的转子带动钻头旋转钻进，转盘及整个钻柱处于不旋转状态；复合旋转钻井则是在使用井下动力钻具的同时又开动转盘旋转钻进。转盘钻井技术是从顿钻钻井演变而来，与顿钻技术相比较优势明显，所以在现代油田开发过程中应用最为广泛。转盘钻井设备主要由钻机、井架和一套提升系统组成，通过提升系统实现井下钻具的提起和下放，并通过转盘完成旋转转动运动，钻具转动带动钻柱底端的钻头转动，使钻头在钻柱悬重的作用下破碎岩石，破碎的岩屑再被泥浆泵泵入井内的泥浆循环并被带到地面，钻头磨损后就将钻具起出换上新钻头，再下钻钻进，通过如此循环使井被不断加深直到钻至预计井深，以上是转盘旋转钻井技术的整个工作流程。
[0003] 在钻井过程中，钻井泥浆循环过程是通过泥浆将被钻头破碎的岩屑带至地面进行处理，一般在钻井现场的泥浆泵舱内会布置有3台泥浆泵，先用灌注泵从泥浆舱中抽吸经过净化的泥浆，经泥浆泵加压后排出，再通过泵舱阀门组的分配，经高压管线（双联）到达钻台立管阀门组，通过安装在井架上的双立根、水龙带、顶部驱动装置（或水龙头）、钻杆内腔到达井下的钻头，高压泥浆对井底进行喷冲并携带固相颗粒经过钻杆和套管之间的环形空间返回井口，带有固相颗粒的泥浆由井口转盘下部喇叭口下返出，并通过安装在钻台底座下部的泥浆管线到达横向泥浆槽，又经过纵向泥浆槽到达振动筛进行一级处理后进罐，经过除砂、除泥、除气、离心处理后，通过固控模块排液管汇进入泥浆舱，再经过泥浆泵的上水管线进入泵内，如此循环完成整个钻井作业泥浆循环过程。
[0004] 而在钻井工程中，井漏、井涌工况是井下复杂情况的两种常见形式。这一过程中，井筒内钻井液或其他介质(固井水泥浆等)漏入地层孔隙、裂缝等空间的现象称之为井漏，其是钻井工程中常见的井内复杂情况，多数钻井过程都有不同程度的漏失，严重的井漏会导致井内压力下降，影响正常钻井、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并引起井喷等事故的发生；井涌是井内流体层压力大于钻井液或洗井液柱静压力时,含流体层中的流体或气体将侵人井筒内，积累至一定量后随井筒内液体循环至井口并形成沸腾状，井涌往往也是井喷的先兆，是一种主要的油、气、水显示。井涌、井漏的发生会对正常钻井过程带来巨大影响，因而对井涌、井漏工况的模拟研究具有十分重要的意义。
发明内容
[0005] 为了对石油钻井过程中不同井深处的工况进行模拟研究，并对出现井漏、井涌等较危险的情况进行演示模拟，本发明提供一套用于对钻井工况进行试验研究的模拟系统及其工作流程，该模拟系统能对钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程进行有效模拟，同时也具有系统结构简单，操作便捷等特点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 本发明的钻井工况模拟系统能够模拟的过程包括钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程。所述对钻头正常旋转钻进的模拟过程中所涉及的设备和部件包括电机支撑架、电机、减速器、小齿轮、大齿轮、轴承安装台、螺栓、毛毡垫圈、轴承端盖、密封圈、滚动轴承和钻杆。选用功率满足一般钻井过程中钻杆转速要求的电机，并选择能和电机相匹配实现转速变换的减速器，两者组合提供钻杆旋转的动力，使用螺栓将电机的底部安装在电机支撑架上，减速器输出轴的一端安装有小齿轮，大齿轮被安装在钻杆上部合适位置处并能与小齿轮实现满足啮合要求的配合关系。电机支撑架被设置安装在轴承安装台上，滚动轴承被放置在轴承安装台预先设置的孔内，将用于轴承端盖和钻杆的旋转密封的毛毡垫圈先放置在轴承端盖内，并在端盖与轴承安装台接触处放置好密封圈，再用螺栓将轴承端盖固定在轴承安装台上，然后将装置放置在安装底座中以保持稳定，同时在安装底座的底部开设有让外接管线通过后进入井壁的小孔。
[0008] 由于采用了上述结构，该工况模拟系统对钻头正常旋转钻进的模拟过程能够在可调电机转速的条件，实现对不同钻进速度条件下的钻柱系统旋转钻进工况的模拟研究，以此拓展系统的使用范围和功能。
[0009] 本发明所述的钻井泥浆循环模拟过程所涉及到的设备包括泥浆罐、泥浆泵A、平板阀A、管状加热器、分流阀、双金属温度计A、温度补偿调速阀、流量计A、旋转密封端、流量计B、冷却器、双金属温度计B、平板阀B和减速阀。在钻杆正常旋转的情况下，开启平板阀A和平板阀B，关闭平板阀C和平板阀D，启动泥浆泵A将泥浆从泥浆罐中抽出后，经过平板阀A后输入到管状加热器进行升温加热，加热温度根据地温梯度范围由要模拟的地层深度决定，加热完毕后泥浆经过分流阀流向钻杆顶端一侧所在的泥浆管线，从分流阀流出的泥浆要经过温度补偿调速阀，从钻杆顶端的旋转密封端流入到钻杆内，并使用双金属温度计A和流量计A测得进入泥浆的温度和流量值；完成钻柱泥浆循环过程后，泥浆从井壁顶端的出口处流向出液泥浆管线，经过冷却器冷却降温和减速器降低流速后回流到泥浆罐中，流量计B和双金属温度计B用来测量流出井筒的泥浆流量和温度值；泥浆罐进泥浆口处设置有挡液板，防止进入的泥浆对罐体的冲击腐蚀，同时泥浆罐顶端设置有接口法兰，外部泥浆可通过该接口进入罐体内，泥浆罐底部设置有出液口，用于对罐内泥浆进行放空操作。
[0010] 由于采用了上述结构，该模拟系统能较真实的反应不同钻井工况条件下的泥浆循环过程，根据地温梯度利用管状加热器和冷却器的配合对循环泥浆进行加热和冷却，使系统能够对不同井深段的工况进行有效模拟研究，同时泥浆经冷却后再回流至泥浆罐中，能有效的使整个循环系统的泥浆温度保持在一个可调节的范围内。
[0011] 本发明所述的井漏模拟过程所涉及到的设备包括单向阀、泥浆泵B、流量计C、平板阀F和平板阀D。单向阀用于单向控制漏失泥浆的流向，防止泥浆正常循环过程中出液管线的泥浆逆向进入漏失管线，泥浆泵B用以提供井漏工况下的泥浆漏失动力，并使漏失的泥浆通过单向阀后进入冷却器冷却降温，再将其导入到泥浆罐中，流量计C主要用于测量泥浆漏失量的大小。
[0012] 由于采用了上述结构，该模拟系统不仅可完成对井漏工况的的模拟研究，同时能测得泥浆漏失量，并将漏失的泥浆降温后导入泥浆循环过程中，保证整个循环过程中泥浆循环量的稳定供应。
[0013] 本发明所述的井涌模拟过程所涉及到的设备包括分流阀、平板阀C、平板阀D、平板阀E、流量计D和泥浆泵C。在模拟过程中打开平板阀D和平板阀C，关闭平板阀F，泥浆经由分流阀分流后进入平板阀C，再由泥浆泵C提供动力流过平板阀E和流量计D后进入钻柱循环系统，流量计D可测量进入钻柱系统循环的泥浆流量。
[0014] 由于采用了上述结构，该模拟系统能在对井涌工况模拟的基础上测量得到泥浆涌入量，为工况模拟分析过程提供数据支撑，同时泥浆经由管式加热器升温后进入井涌管线，能在不同井深工况下使用泥浆进行模拟研究。
[0015] 本发明所述的对安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程所涉及到的主要设备包括钻杆、井下工具和井壁。所涉及的井下工具安装在钻柱系统中，泥浆在钻柱系统和井壁之间进行循环，在对钻头的正常旋转钻进模拟和钻井泥浆循环过程的基础上，并能模拟钻井过程中出现的井漏过程和井涌过程，使工具在不同工况和极限井下环境条件下进行测试，得到更为全面和接近真实工况条件下的试验数据。
[0016] 本发明的钻井工况模拟系统能够对多种不同工况条件下钻井过程进行模拟，包括：钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程，并依据地温梯度对不同井深条件下的泥浆温度进行调控，使系统能实现不同井深的分段模拟研究，同时使用温度计和流量计得到泥浆循环过程中的温度和流量，使用平板阀控制泥浆的流向。该模拟系统的实验过程简单易行，各模拟过程的可操作性强且具有实用价值。
附图说明
[0017] 下面结合附图和例子对本发明作进一步的说明。
[0018] 图1是钻井工况模拟系统装置连接和泥浆循环示意图。
[0019] 图2是钻井工况模拟系统的工作流程示意图。
[0020] 图中标记：1-泥浆罐接口法兰、2-挡液板、3-泥浆罐、4-液位计、5-泥浆泵A、6-平板阀A、7-管状加热器、8-分流阀、9-双金属温度计A、10-温度补偿调速阀、11-流量计A、12-电机支撑架、13-电机、14-减速器、15-小齿轮、16-旋转密封端、17-大齿轮、18-轴承安装台、19-螺栓、20-毛毡垫圈、21-轴承端盖、22-密封圈、23-滚动轴承、24-流量计B、25-冷却器、26-双金属温度计B、27-平板阀B、28-减速阀、29-平板阀C、30-钻杆、31-井下工具、
32-井壁、33-安装底座、34-单向阀、35-泥浆泵B、36-流量计C、37-平板阀F、38-平板阀D、39-平板阀E、40-流量计D、41-泥浆泵C、42-出液口。
具体实施方式
[0021] 本发明的钻井工况模拟系统，其例如图1所示，它包括对钻头的正常旋转钻进过程、钻井泥浆循环过程、井漏过程、井涌过程和安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程的模拟实验研究，图2是该模拟系统的工作流程示意图。
[0022] 对钻头正常旋转钻进过程进行模拟的子系统中，主要由电机支撑架（12）、电机（13）、减速器（14）、小齿轮（15）、大齿轮（17）、轴承安装台（18）、螺栓（19）、毛毡垫圈（20）、轴承端盖（21）、密封圈（22）、滚动轴承（23）和钻杆（30）组成。选用功率满足要求的电机（13）和能与电机（13）相匹配实现转速变换的减速器（14），安装好后两者相组合提供钻杆（30）旋转的动力，再将电机（13）底部使用螺栓安装在电机支撑架（12）上，小齿轮（15）安装在减速器（14）输出轴的一端，大齿轮（17）安装在钻杆（30）上部合适位置处并能与小齿轮（15）按照一定传动比实现满足啮合要求的转动配合关系；电机支撑架（12）安装在轴承安装台（18）上，滚动轴承（23）放置在轴承安装台（18）安装轴承规格预先设置好的孔内，并将用于轴承端盖（21）和钻杆（30）旋转密封的毛毡垫圈（20）先放置在轴承端盖（21）内，并在端盖与轴承安装台（18）接触处放置好密封圈（22），再用螺栓（19）将轴承端盖（21）固定在轴承安装台（18）上，最后将装置放置在安装底座（33）内。安装完成后启动电机（13），根据不同井下工况的要求调节减速器（14）的输出转速，通过两齿轮的配合实现钻杆（30）的钻进过程模拟。
[0023] 钻井泥浆循环模拟过程所涉及到的设备包括泥浆罐（3）、泥浆泵A（5）、平板阀A（6）、管状加热器（7）、分流阀（8）、双金属温度计A（9）、温度补偿调速阀（10）、流量计A（11）、旋转密封端（16）、流量计B（24）、冷却器（25）、双金属温度计B（26）、平板阀B（27）和减速阀（28）。在钻杆（30）正常旋转的情况下，开启平板阀A（6）和平板阀B（27），关闭平板阀C（29）和平板阀D（38），启动泥浆泵A（5）将泥浆从泥浆罐（3）中抽出，经过平板阀A（6）后输入到管状加热器（7）进行升温加热，加热温度根据地温梯度规定的温度-地层深度数值范围由要模拟的地层深度决定，完成后泥浆经过分流阀（8）流向钻杆顶端一侧所在的泥浆管线，从分流阀流出的泥浆经过温度补偿调速阀（10）后，从钻杆顶端的旋转密封端（16）流入到钻杆（30）内，在这一过程中可通过双金属温度计A（9）和流量计A（11）测得泥浆进入时的温度和流量值；完成钻杆（30）与井壁（32）的循环过程后，泥浆从井壁（32）顶端的出口处流向出液泥浆管线，经过冷却器（25）冷却降温和减速器（28）降低流速后回流到泥浆罐（3）中，出液管线中安装的流量计B（24）和双金属温度计B（26）用来测量流出井筒的泥浆流量和温度值；泥浆罐（3）进泥浆口处设置的挡液板（2）能起到防止进入的泥浆对罐体的冲击腐蚀作用，同时外部泥浆可通过泥浆罐顶端设置的接口法兰（1）进入到罐体内，罐内泥浆可通过底部设置的出液口（42）流出泥浆罐（3）。
[0024] 井漏模拟过程中所涉及到的设备包括单向阀（34）、泥浆泵B（35）、流量计C（36）、平板阀F（37）和平板阀D（38）。在钻头的正常旋转钻进和钻井泥浆循环过程的基础上，打开平板阀D（38）和平板阀F（37），关闭平板阀E（39）后启动泥浆泵B（35），由泥浆泵B（35）提供井漏工况下的泥浆漏失的动力，并使漏失的泥浆通过单向阀（34）后进入冷却器冷却降温，再将其导入到泥浆罐（3）中，在这一模拟过程中单向阀（34）用于单向控制漏失泥浆的流向，防止出液管线的泥浆逆向进入漏失管线，流量计C（36）主要用于测量泥浆漏失量的大小。
[0025] 井涌模拟过程中所涉及到的设备包括分流阀（8）、平板阀C（29）、平板阀D（38）、平板阀E（39）、流量计D（40）和泥浆泵C（41）。在模拟系统中钻头的正常旋转钻进和钻井泥浆循环过程的基础上，打开平板阀D（38）和平板阀C（29），关闭平板阀F（37），启动泥浆泵C（41），泥浆经由分流阀（8）分流后进入平板阀C（29），再由泥浆泵C（41）提供动力流过平板阀E（39）和流量计D（40）后进入钻柱循环系统，流量计D（40）用于测量流入钻柱系统循环的泥浆涌入流量大小。
[0026] 对安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程所涉及到的主要设备包括钻杆（30）、井下工具（31）和井壁（32）。井下工具（31）安装在钻柱系统中，并使泥浆能在钻柱系统和井壁（32）之间进行循环，在钻头的正常旋转钻进模拟和钻井泥浆循环过程的基础上，通过上述操作步骤和工作流程，，使工具在井漏过程和井涌过程中进行试验，同时也保证在不同工况和极限井下环境条件下测试的进行，得到更为全面和接近真实工况条件下的试验数据[0027] 本发明中所述的一套钻井工况模拟系统的工作流程，其特征在于所述工作流程的实施步骤如下：
[0028] a.对钻头的正常旋转钻进过程进行模拟，电机（13）和减速器（14）被安装在电机支撑架（12）上，钻杆（30）连同安装在其上的滚动轴承（23）被放置在轴承安装台（18）中，轴承端盖（21）与钻杆（30）相接触处设置有毛毡垫圈（20），用于钻杆旋转过程中对泥浆的密封控制，同时在轴承安装台（18）和轴承端盖（21）之间设置有密封圈（22）用于静密封控制；在正常钻井过程开始时，先启动电机（13），通过减速器（14）带动小齿轮（15）转动，使小齿轮（15）的转速可调并保持在一定范围之内，大齿轮（17）在小齿轮（15）的啮合作用下带到钻杆（30）和井下工具（31）旋转，以实现对正常旋转钻进过程的模拟；
[0029] b.对钻井泥浆循环过程进行模拟，关闭平板阀C（29）和平板阀D（38），打开平板阀A（6），启动泥浆泵（5）将泥浆罐（3）中的钻井泥浆抽出，让抽出的泥浆在管状加热器（7）中进行加热升温，按照钻井过程中的地温梯度约3℃/100m估算，通过要进行模拟的井深数据来确定泥浆加热的温度，让泥浆通过分流阀（8）流向温度补偿调速阀（10），使泥浆流速调节达到要求的数值后通过旋转密封端（16）进入钻柱泥浆循环系统，在这一过程中使用双金属温度计A（9）和流量计A（11）测量流进系统的泥浆温度值和流量值；流进钻柱系统的泥浆通过钻杆（30）和井下工具（31）后沿着井壁（32）流向出液管线，打开平板阀B（27），使泥浆在冷却器（25）中冷却至常温，再通过减速阀（28）降低流速后回流到泥浆罐（3）中，出液管线中安装的流量计B（24）和双金属温度计B（26）可测量流出系统的泥浆流量值和温度值；
[0030] c.对井漏过程进行模拟，在正常旋转钻进的过程中，关闭平板阀E（39），打开平板阀D（38）和平板阀F（37），启动泥浆泵B（35）为泥浆漏失流动提高动力，通过对平板阀F（37）开度的调节来控制井漏工况下漏失泥浆量的大小，并使用流量计C（36）获得具体的漏失泥浆流量值，单向阀（34）用于防止正常循环转进过程中的泥浆逆流到漏失管线中，同时将通过漏失管线的泥浆导入到冷却器（25）中进行冷却后再流回到泥浆罐（3）中；
[0031] d.对井涌过程进行模拟，在正常旋转钻进的过程中，关闭平板阀F（37），打开平板阀D（38）、平板阀E（39）和平板阀C（29），启动泥浆泵C（41）来为泥浆进入钻柱系统提供动力，同时通过调节平板阀C（29）的阀门开度来控制泥浆涌入量的大小，使用流量计D（40）获得具体的涌入泥浆流量值；
[0032] e.对安装有井下工具的钻柱系统实验测试过程进行模拟，将井下工具（31）装入钻杆（30）中，启动电机（13），让钻柱系统旋转运动，按照上述流程a和流程b的操作步骤可实现对正常旋转钻进过程和钻井泥浆循环过程的模拟实验研究；配合流程c和流程d可完成对井下工具在不同井深工况下的井漏和井涌过程模拟研究，依据上述流程可为井下工具在近乎真实井下工况条件下的试验验证研究提供支撑；
[0033] f.试验完成后，关闭泥浆泵和电机，将系统内残留的钻井液从出液口（42）清理出钻柱系统和液流管线，取出井下工具并对相关实验数据进行处理，得到不同井下工况条件下的试验研究结论。
