[實用新型]水平井鉆柱動力學仿真實驗裝置

有效

• 申請號: 201220198827.4
• 申請日: 2012-05-06
• 公開（公告）號: CN202520301U
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 任福深;陳素麗;王化友;馬若虛;雷娜
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 李建華

技術領域

本實用新型涉及一種應用于石油鉆采設備技術領域中的研究水平鉆柱動力學特性的綜合實驗裝置。

背景技術

水平井工程是近年發展起來的一項新技術，是實現“稀井高產”的重要手段，在低壓、低滲、薄油藏稠油藏及常規技術難以取得經濟效益的油田的開發上發揮了重要作用。目前，國內外許多學者和專家對水平井進行了大量的靜力學分析。盡管鉆柱靜力分析有助于較好地控制鉆井過程和實現井眼軌跡預測，但實際的鉆井過程是個動態過程，鉆柱受力隨時間的變化而變化。在復雜的邊界條件下，鉆柱產生縱、橫、扭三維耦合振動，這不僅降低了鉆進速度，引起鉆柱的磨損及疲勞破壞，也使井眼軌跡更加難以控制。為了更好地了解和掌握水平井鉆柱的運動狀態，便于科學預測井眼軌跡和揭示鉆柱失效的動力學機理，需要進行水平井鉆柱動力學分析。但是，現有的實驗設備卻不能進行上述分析和實驗工作。

發明內容

為了解決背景技術中所提到的技術問題，本實用新型提供一種水平井鉆柱動力學仿真實驗裝置，該種實驗裝置既能對水平井鉆柱進行動力學仿真，又能對斜式井鉆柱進行動力學仿真，彌補了現有技術中的空白。

本實用新型的技術方案是：該種水平井鉆柱動力學仿真實驗裝置，包括工作板、齒輪齒條鉆機虛擬樣機、入口泵、出口泵、水箱以及底座，齒輪齒條鉆機虛擬樣機固定于工作板上表面，工作板下表面與底座之間通過液壓缸連接，工作板與底座的側邊通過銷軸鉸接；其獨特之處在于：所述工作板上固定有一個帶有測試裝置的桿柱單元，其中，所述桿柱單元由連接法蘭、扭矩傳感器、外筒、壓桿、內外介質循環接頭、壓力傳感器以及激振器連接后構成?。其中，外筒為透明的有機玻璃管，壓桿為可旋轉的無縫鋼管，壓桿位于外筒內，二者之間有環空；所述測試裝置由位移傳感器、壓電式力傳感器、閥桿、閥頭以及測試裝置外筒連接后組成；測試裝置外筒固定于外筒上，與外筒的垂直方向呈10度夾角，位移傳感器亦固定于外筒上，位移傳感器的探頭與閥桿始終保持接觸；壓電式力傳感器位于測試裝置的末端，其觸頭緊貼閥桿，所述閥頭與閥桿做固定聯結，閥頭在彈簧回復力的作用下始終與壓桿保持接觸；所述測試裝置間隔分布于外筒上的三個等距的測試點上；

所述內外介質循環接頭由接頭外殼、接頭內圈和接頭旋體組成；?接頭外殼約束于固定支架上，可沿軸向相對滑動，與外筒柔性連接，接頭內圈上開有作為鉆井液循環通道的三個溢水槽，接頭旋體的下端有六個鉆井液的循環通道；

所述齒輪齒條鉆機虛擬樣機上的壓桿轉矩電機通過連接法蘭與扭矩傳感器剛性連接，提供壓桿轉矩；扭矩傳感器的另一端與壓桿的上端也通過法蘭做剛性連接，所述壓桿的左端通過內外介質循環接頭和外筒的下端相連，壓力傳感器的兩端分別與激振器和內外介質循環接頭相連接；所述壓桿轉矩電機為空心軸電機，所述內外介質循環接頭的外殼與外筒的連接為柔性連接；

由所述入口泵經過壓桿轉矩電機的空心軸、壓桿的內腔、內外介質循環接頭中的液流通道、壓桿與外筒之間的環空、出口泵至水箱構成鉆井液的流動通道。

本實用新型具有如下有益效果：該種實驗裝置設有外筒、壓桿、虛擬樣機、扭矩傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、內外介質循環接頭、激振器、液壓缸以及配合工作的多路數據采集系統、計算機、信號發生器、功率放大器等。虛擬樣機固定于工作板上表面，工作板下表面與底座通過液壓缸連接，工作板與底座下端通過銷軸鉸接。虛擬樣機裝有三個電機，一個提供轉矩，通過連接法蘭和扭矩傳感器，與壓桿固聯在一起；其余兩電機對稱布置，分別與一個驅動齒輪相連，通過齒輪齒條的嚙合傳動，為壓桿提供鉆壓。內外介質循環接頭的接頭外殼與外筒相連，接頭旋體與壓桿固聯，隨壓桿一起轉動，接頭外殼約束于固定支架上，可沿軸向相對滑動。壓力傳感器兩端分別與激振器和壓桿下端相連。外筒上設有等距的三個測試點上，其間距為1000mm，測試裝置固定于三個測試點上；工作狀態下，測試系統將所測得數據通過功率放大器放大，再經過數據采集裝置傳輸給計算機。

應用時，內外介質循環接頭外殼與外筒的連接為柔性連接，工作狀態下無沖擊，且具有較好的密封性。與傳統的鉆桿動力學分析系統相比，本裝置工作板與底座下端鉸接，上端通過一對對稱布置的液壓缸相互連接，因此既可實現水平井鉆柱動力學仿真，又可實現斜式井鉆柱動力學仿真；同時，在鉆桿上依次設置三個等距的測試點，可對鉆桿在工作狀態下的動態特性進行較為全面的測試及分析。整個裝置結構簡單，體積小，明顯降低了制造安裝成本；并且，系統操作簡便，安全，動力消耗小，節省能源。

附圖說明：

圖1為本裝置的結構示意圖。