[實用新型]一種用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置

有效

• 申請號: 201220699012.4
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN202991008U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 范永濤;高德利;房軍;宋執武
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置，屬于管柱動力學測試技術領域。?

背景技術

在石油勘探與開發過程中，鉆井是必不可少的基本環節，具有資金和技術密集型特征。鉆柱力學特性研究是現代鉆井工程理論和技術的重要組成部分。隨著鉆井技術向高溫高壓井、深井超深井、特殊工藝井(包括定向井、水平井、大位移井、復雜結構井、叢式井、欠平衡鉆井及套管鉆井等)等方向發展，對管柱力學，特別是對底部鉆具組合力學性能的研究提出了更高的要求，需要進一步掌握底部鉆具組合防斜打直的機理。?

國內外許多學者對底部鉆具組合的力學問題進行了大量理論研究，并通過建立理想模型和理論計算，取得了很多成果。比如，自1950年A.Lubinski較系統、全面地研究了豎直井中鉆柱的受力與變形，開創了鉆柱力學研究的新局面之后，先后出現了B.H.Walker的能量法、W.B.Bradley和F.J.Fischer的差分法、白家祉的縱橫彎曲法、K.K.Millheim的有限元法、高德利的加權余量法、狄勤豐的預彎曲動力學防斜打快鉆具組合動力學模型等，但僅從理論角度了解并分析底部鉆柱的動力學特性是不全面的。隨著隨鉆測量技術的發展，國外已分別利用電纜傳輸、井下存儲、基于底部鉆柱動力學模型的地面測量和室內模擬測量等方法，對井下底部鉆柱受力和運動特性進行了實驗研究和現場測量，取得了較大發展(參見：US4324297、US4445578、US4662458、US4958517)，但仍存在難度大、經濟成本高等缺點，且國內目前還不能很好的現場測量BHA動力學特性，缺少先進的地面和井下測量系統，因此，現階段有必要進一步開展?底部鉆具組合力學特性的室內模擬研究。?

本實用新型內容?

本實用新型的目的是，為了克服上述已存在的技術問題和不足，進一步提高室內實驗模擬底部鉆具組合力學性能的研究水平，特提供一種用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置。?

本實用新型實現其目的所采用的技術方案是：一種用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置，主要由安裝座1、測力環2、應變片3、彈性片4、模擬鉆鋌5、模擬鉆頭6、拉壓傳感器壓桿7、彈性片緊固螺栓8、彈性片緊固螺栓墊圈9、彈性片墊片10、拉壓傳感器壓桿緊固螺栓11、拉壓傳感器12、底座13、測力環緊固螺栓14、拉壓傳感器緊固螺栓15構成。模擬鉆鋌5與模擬鉆頭6螺紋連接，其軸線與安裝座1的軸線重合；測力環2嵌入安裝座1，在測力環2內圓上切3個相間120°的刀槽安裝彈性片4，彈性片4由彈性片緊固螺栓8固定在測力環2上，3個彈性片4圍成的圓的直徑等于模擬鉆頭6的直徑，以保證3個彈性片4與模擬鉆頭6在初始狀態下接觸；通過改變彈性片4的厚度可以測量模擬鉆頭6的不同側向力，并選擇合適厚度的彈性片墊片10以保證3個彈性片4圍成的內切圓的直徑等于模擬鉆頭6的直徑，測力環緊固螺栓14相間180°分布以固定測力環2；優選地，應變片3貼在彈性片4的兩面以構成半橋連接的應變式測力傳感器；優選地，拉壓傳感器壓桿7安裝在拉壓傳感器12上，頂端與模擬鉆頭6的頂端接觸以測量模擬鉆頭6的軸向壓力，拉壓傳感器壓桿緊固螺栓11固緊拉壓傳感器壓桿7以消除拉壓傳感器壓桿7與拉壓傳感器12之間螺紋連接的間隙；底座13約束拉壓傳感器12的軸向位移；拉壓傳感器緊固螺栓15相間180°分布以約束拉壓傳感器12的橫向位移。?

本實用新型與現有技術相比，具有以下有益效果：(1)能連續動態的、準?確的測量模擬鉆頭的軸向壓力及側向力；(2)結構簡單、制作方便，并容易測量不同直徑的模擬鉆頭及其大小范圍不同的側向力。因此，為室內研究模擬底部鉆具合的力學特性提供了有效的測量數據，進一步提高了底部鉆具組合力學特性的研究水平。?

附圖說明

圖1為用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置裝配圖。?

圖2為圖1的A向剖面圖。?

圖3為圖1的B向剖面圖。?

圖4a為用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置的彈性片和應變片裝配圖的主視圖。?

圖4b為用于模擬底部鉆具組合力學特性的測力裝置的彈性片和應變片裝配圖的俯視圖。?

圖5為用于測量模擬鉆頭側向力和軸向壓力的流程圖。?

圖中：1.安裝座、2.測力環、3.應變片、4.彈性片、5.模擬鉆鋌、6.模擬鉆頭、7.拉壓傳感器壓桿、8.彈性片緊固螺栓、9.彈性片緊固螺栓墊圈、10.彈性片墊片、11.拉壓傳感器壓桿緊固螺栓、12.拉壓傳感器、13.底座、14.測力環緊固螺栓、15.拉壓傳感器緊固螺栓。?

具體實施方式