[發(fā)明專利]一種滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710713960.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN107620569B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘曉宇;劉佳鵬;陸秋海;路英杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21B47/00;E21B44/00
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 林桐苒;李丹

1.一種滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：管柱模擬系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和固連系統(tǒng)；

所述管柱模擬系統(tǒng)，用于模擬井筒和位于所述井筒中的鉆柱；其中，所述管柱模擬系統(tǒng)還包括：玻璃管和合金絲；

所述玻璃管，用于模擬所述井筒；

所述合金絲，用于模擬所述鉆柱；

其中，所述合金絲穿過并依附在所述玻璃管內(nèi)側(cè)；所述玻璃管為有機(jī)玻璃管，所述合金絲為鈦鎳合金絲；

所述加載系統(tǒng)，用于將所述管柱模擬系統(tǒng)模擬的鉆柱進(jìn)行環(huán)向上的角度加載以模擬頂驅(qū)，并進(jìn)行軸向上力的加載以模擬鉆壓；所述加載系統(tǒng)包括：第一電機(jī)、絲杠、加載軸、長(zhǎng)軸承、短軸承和第二電機(jī)；其中，所述絲杠與所述第一電機(jī)的輸出軸連接，將所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向位移，以實(shí)現(xiàn)軸向力的加載；所述長(zhǎng)軸承和所述短軸承用于支撐所述加載軸；所述第二電機(jī)與所述加載軸的輸出端相連，以實(shí)現(xiàn)環(huán)向角度加載；

所述測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)量所述鉆柱向所述環(huán)向進(jìn)行角度加載后所述鉆柱的末端的轉(zhuǎn)角，作為模擬工具面角，并測(cè)量所述鉆柱向所述軸向進(jìn)行力的加載后所述鉆柱兩端所受到的力；其中，所述末端是指所述鉆柱的兩端中除加載端外的另一端，所述加載端是指進(jìn)行角度加載和力的加載的一端；

所述控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)所述加載系統(tǒng)的控制，并根據(jù)所述鉆柱兩端所受到的力獲取滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井的模擬控制參數(shù)；

所述固連系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述管柱模擬系統(tǒng)、所述加載系統(tǒng)、所述測(cè)量系統(tǒng)以及所述控制系統(tǒng)的連接及支撐。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述加載系統(tǒng)還包括：左限位開關(guān)和右限位開關(guān)；

所述左限位開關(guān)和右限位開關(guān)用于限制所述加載軸水平方向的位移，當(dāng)所述加載軸的位移超過所述左限位開關(guān)和所述右限位開關(guān)的限值時(shí)觸發(fā)開關(guān)，使所述第一電機(jī)自動(dòng)停止。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：光電編碼器、第一力傳感器、第二力傳感器和信號(hào)電纜；

其中，所述光電編碼器用于測(cè)量所述鉆柱的末端的轉(zhuǎn)角，所述第一力傳感器用于測(cè)量所述合金絲的末端的軸向力，所述第二力傳感器用于測(cè)量所述合金絲的加載端的軸向力，所述信號(hào)電纜用于將所述光電編碼器、所述第一力傳感器和第二力傳感器連接到所述控制系統(tǒng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括：工控機(jī)；

其中，所述工控機(jī)分別與所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述光電編碼器、所述第一力傳感器以及所述第二力傳感器相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)所述加載系統(tǒng)的控制包括：

所述工控機(jī)采集所述光電編碼器發(fā)送的信號(hào)；

所述工控機(jī)獲取所述光電編碼器發(fā)送的信號(hào)中包含的所述鉆柱的末端的轉(zhuǎn)角，并獲取所述第二電機(jī)實(shí)施所述環(huán)向角度加載時(shí)的加載角度；并將所述鉆柱的末端的轉(zhuǎn)角和所述加載角度分別作為反饋控制的輸出和輸入；

所述工控機(jī)向所述第二電機(jī)發(fā)送關(guān)于所述反饋控制的控制指令，以通過旋轉(zhuǎn)模擬頂驅(qū)調(diào)整工具面。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井的模擬控制參數(shù)包括：模擬鉤載、模擬鉆壓、模擬游車速度和位移；

所述控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)所述加載系統(tǒng)的控制，并根據(jù)所述鉆柱兩端所受到的力獲取工具面的控制參數(shù)包括：

所述工控機(jī)向所述第一電機(jī)發(fā)送控制指令，并采集所述第一力傳感器和所述第二力傳感器發(fā)送的信號(hào)；

所述工控機(jī)分別獲取所述第一力傳感器和所述第二力傳感器發(fā)送的信號(hào)中所包含力的大小，并獲取所述第一電機(jī)的速度和位移信號(hào)，以根據(jù)所獲取的兩個(gè)力的大小計(jì)算出所述模擬鉤載和所述模擬鉆壓，并根據(jù)所述第一電機(jī)的速度和位移信號(hào)計(jì)算出所述模擬游車速度和位移。

7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任意一項(xiàng)所述的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述固連系統(tǒng)包括：底座、卡箍、支撐螺桿、角鐵、連接件、支撐接頭、左支座、右支座、鉸鏈固定件、轉(zhuǎn)接頭、第一軸承座、第二軸承座、第一聯(lián)軸器、第二聯(lián)軸器、第三聯(lián)軸器、第四聯(lián)軸器、第五聯(lián)軸器和支撐塊；

其中，所述卡箍用于將所述玻璃管固定在所述支撐螺桿上并可調(diào)節(jié)高度，所述支撐螺桿穿過所述卡箍并與所述支撐接頭固連，所述角鐵通過螺釘固連在所述底座上，作為擋板位于整個(gè)所述滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井模擬系統(tǒng)的末端；

所述連接件通過螺釘固定在所述底座兩側(cè)，用于安裝所述第一電機(jī)，所述支撐接頭通過螺釘固定在所述底座上，并與所述支撐螺桿通過螺紋連接；

所述左支座和所述右支座通過螺釘固定在所述底座上，分別用于支撐所述第二軸承座和所述第一軸承座；

所述鉸鏈固定件安裝在所述絲杠的螺母座上，并通過鉸鏈與所述轉(zhuǎn)接頭相連，所述轉(zhuǎn)接頭用于連接所述加載軸與所述鉸鏈固定件；

所述第一軸承座和所述第二軸承座位于所述絲杠的兩端，用于支撐所述絲杠，所述第二軸承座還同時(shí)為所述長(zhǎng)軸承提供安裝位置；

所述第一聯(lián)軸器位于所述第二電機(jī)的輸出軸與所述第一力傳感器之間，起連接作用；所述第二聯(lián)軸器位于所述第一力傳感器與所述合金絲加載端之間，起連接作用；所述第三聯(lián)軸器位于所述合金絲末端與所述第二力傳感器之間，起連接作用；所述第四聯(lián)軸器位于所述第二力傳感器和所述角鐵之間，起連接作用；所述第五聯(lián)軸器位于所述第一電機(jī)輸出軸和所述絲杠之間，起連接作用；

所述支撐塊通過螺釘固定在所述底座上，并為所述短軸承提供安裝位置。