[發明專利]內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201710653118.8
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107436223B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 李子豐;李銀朋;王長進;戚珉;任文明
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所23118
• 代理人: 曹愛華

技術領域

本發明涉及石油鉆井或地面驅動螺桿泵采油過程中內管行星運動誘發的平面流場的測量，具體涉及內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置及實驗方法。

背景技術

在石油鉆井或地面驅動螺桿泵采油過程中，鉆柱在井眼里或抽油桿在油管里（鉆柱或抽油桿統稱內管），在繞自身軸線旋轉的同時，由于井斜或者內管的彎曲，還繞外管軸線公轉，即內管的行星運動。流體在內管行星運動下的環空中的流動規律，對于研究鉆井液或采出液的水力參數、鉆井液的攜巖能力、內管所受流體的摩擦扭矩、流體壓耗等等都是非常重要的。然而，目前尚未發現內管行星運動的實驗裝置及流場的PIV（Particle Image Velocimetry）測量。流體在內管行星運動的環空中的流動是三維流動，目前環空軸向流動的流場分析相對較多，包括解析解、近似解析解、模擬仿真、PIV測量等，而對于平面流場，除了崔海清等人的有限差分解和少數學者的FLUENT流場模擬外，還未發現PIV測量，為此，設計了內管行星運動誘發流體平面流動的實驗裝置以及PIV技術進行流場的測量。

發明內容

本發明的一個目的是提供內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置，這種內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置用于實現平面流場的模擬及PIV技術進行流場的測量，本發明的另一個目的是提供這種內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置的實驗方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置包括實驗裝置主體、內管公轉裝置、內管自轉裝置、PIV測量裝置，實驗裝置主體為框架，內管公轉裝置包括傳動軸、固定軸套、轉盤，傳動軸通過固定軸套承托扶正，固定軸套安裝于實驗裝置主體上部，傳動軸上端通過同步帶傳動機構連接交流電機，傳動軸下端與轉盤固定連接，轉盤上設有調偏通孔；內管自轉裝置包括直流電機、自轉減速機、內外管，內外管由傳動拋光桿伸入有機玻璃管中構成，傳動拋光桿的下端固定有機玻璃棒，自轉減速機通過調偏通孔固定在轉盤下，自轉減速機連接傳動拋光桿，有機玻璃管固定在實驗裝置主體下部；PIV測量裝置的雙脈沖激光器設置于有機玻璃管外側，雙脈沖激光器與有機玻璃棒對應設置，CCD相機置于有機玻璃管的正下方，雙脈沖激光器、CCD相機均通過同步控制器連接計算機。

上述方案中實驗裝置主體包括頂板、二層板、底板，頂板、二層板、底板均焊接在四根立柱上，構成四方柱體式框架。

上述方案中實驗裝置主體中頂板上固定公轉減速機和交流電機，頂板通孔內置固定軸套，固定軸套的中間翼板與頂板通過螺栓固定，固定軸套的底部翼板與二層板通過螺栓固定；實驗裝置主體底板通過螺栓固定承托法蘭，有機玻璃管固定在承托法蘭上。

上述方案中固定軸套的上部和底部各設置一個扶正軸承，止推軸承位于兩個扶正軸承之間，底部的扶正軸承安裝在扶正軸承底座上，固定軸套的中間翼板和底部翼板上設有螺紋孔；傳動軸通過固定軸套內的兩個扶正軸承居中，通過止推軸承承托于固定軸套內，傳動軸下端與轉盤通過銷鍵連接。

上述方案中同步帶傳動機構由同步帶環繞在兩個同步輪之間構成，其中一個同步輪連接傳動軸，另一同步輪連接公轉減速機，公轉減速機連接交流電機。

上述方案中轉盤下面焊有電池盒，電池安裝在電池盒內，電池連接直流電機，電池盒保護旋轉中的電池。

上述內管行星運動誘發流體平面流動測量實驗裝置的實驗方法：

1）調整內管的偏心距離，并固定，向外管內灌注待測液體；

2）調整雙脈沖激光器的位置，使之打出水平激光，同時穿過有機玻璃管和內管下端的有機玻璃棒，調整CCD相機垂直向上拍攝待測平面；

4）打開內管自轉控制器開關，調整內管自轉方向及轉速；

5）打開內管公轉控制器開關，調整內管公轉方向及轉速；

6）打開計算機進行數據采集與分析；

7）實驗結束后，先停止內管公轉，再停止內管自轉，關閉電源；

8）收好CCD相機，放掉外管中的液體。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明實現了鉆井過程中鉆柱行星運動或地面驅動螺桿泵采油中抽油桿行星運動所誘發的流體平面流動的室內實驗裝置的研制，為研究人員或學者分析該流場獲取實驗數據提供實驗幫助，對流體力學理論的豐富提供實驗支持。

2、本發明所實現的PIV技術測量與分析所得結論，有利于流體力學理論結果的驗證，同時利于數值仿真軟件的選取，更利于指導現場實際應用。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖。