[發明專利]用于輔助鉆井工具的參數的測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201810589311.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN110579236B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 曾義金;胡群愛;趙晨熙;崔曉杰;馬蘭榮;趙建軍;程光明;敖竹青
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯

本發明提供了一種用于輔助鉆井工具的參數的測試裝置，包括：圓柱形的外套，固定連接在所述外套一端的傳感器安裝件，在所述傳感器安裝件中安裝有傳感器；同心布置在所述外套內的中空的傳動軸，設置在所述傳動軸一端的閥盤機構，以及形成于所述外套和所述傳動軸之間的鉆井液分流機構。該測試裝置其能夠測量工具內壓力的大小和變化頻率，從而測得工具產生的沖擊力的大小和頻率。本發明還提供了一種用于輔助鉆井工具的參數的測試方法，其通過上述測試裝置進行測試。

技術領域

本發明屬于石油工業機械技術領域，具體地涉及一種用于輔助鉆井工具的參數的測試裝置。本發明還涉及一種用于輔助鉆井工具的參數的測試方法。

背景技術

隨著石油鉆井技術的不斷發展，為了滿足鉆井工程中的需求出現了許多不同功能的鉆井工具。隨著科技的飛速發展，現有技術中的鉆井工具的性能得到了很大的提高。

然而，在一些特殊工況下，仍然存在一些問題。例如，在軟硬交錯地層或硬地層中施工時，由于這種地層的巖性變化大或強度大，地層軟硬交錯，在鉆井過程中易誘發井下鉆具振動，從而導致鉆頭長時間處于動態不穩定的工作狀態。鉆頭工作狀態的不穩定會造成井下鉆柱處于軸向振動、橫向振動和周向振動的耦合狀態，鉆頭振動不僅會降低鉆頭的破巖效率，還會造成鉆頭牙齒或切削齒的先期損壞、鉆具疲勞破壞，進而導致機械鉆速慢、鉆頭進尺少、鉆頭壽命短、鉆具先期失效和井下落物等一系列影響鉆井周期和鉆井費用的問題。

為此，在鉆井過程中使用增壓減震穩扭旋沖鉆井提速工具，能夠起到減小井下軸向振動對鉆頭的沖擊的作用，同時，能夠給鉆頭施加設計鉆壓，從而給鉆頭提供一種高頻變化的具有軸向周向的復合方向的沖擊力。將超出設定轉矩時的旋轉運動轉化為直線運動，防止鉆頭鉆柱失速，解決了鉆頭在硬地層、夾層的憋跳鉆、粘滑、“失速”、機械鉆速慢等問題。

增壓減震穩扭旋沖鉆井提速工具中的沖擊能量發生機構是利用多組渦輪產生連續的大扭矩轉動動力，通過動靜閥盤間過流面積的變化而產生周期性的節流壓差，從而產生軸向沖擊力。動靜閥盤最大過流面積與最小過流面積之差決定了節流壓差的大小，節流壓差的大小決定了軸向沖擊力的大小。渦輪定子旋轉的頻率決定了動閥盤旋轉的頻率，動閥盤旋轉的頻率決定了節流壓差變化的頻率，進而決定了軸向沖擊力的頻率。沖擊力的大小和頻率是增壓減震穩扭旋沖鉆井提速工具的重要參數，影響工具的地層適應性和鉆井提速的效果。在實際應用中，會遇到多種不同工況。在這一過程中，鉆井工具中的零件由于長期經受鉆井液的沖刷，尺寸會變化，進而導致工具參數變化，從而嚴重影響鉆具的效率。

然而，在現有技術中，并沒有現成的增壓減震穩扭旋沖鉆井提速工具沖擊力的參數測試裝置及其測試方法。

發明內容

根據至少一些如上所述的技術問題，本發明旨在提供一種用于輔助鉆井工具的參數的測試裝置，該測試裝置能夠模擬輔助鉆井工具中的能量發生器的壓強變化，并能夠測量工具內壓力的大小和變化頻率。同時，其能夠長時間連續運行，從而對輔助鉆井工具中的能量發生器進行壽命測試。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于輔助鉆井工具的參數的測試裝置，包括：圓柱形的外套，固定連接在所述外套一端的傳感器安裝件，在所述傳感器安裝件中安裝有壓力傳感器；同心布置在所述外套內的中空的傳動軸，設置在所述傳動軸一端的閥盤機構，其中，所述閥盤機構包括定閥盤和動閥盤，所述動閥盤設置成能由所述傳動軸驅動旋轉，從而使所述閥盤機構的過流面積呈周期性變化；形成于所述外套和所述傳動軸之間的鉆井液分流機構，其包括密封式安裝在所述外套內壁上的活塞頭、安裝在所述活塞頭內部的分流件、設置在所述外套內的傳力套筒，以及設置在所述活塞頭的下游并處于所述傳力套筒內的至少一個渦輪節，其中，所述分流件構造成允許一部分鉆井液直接流入所述傳動軸的內部通道而另一部分鉆井液經所述渦輪節流入所述內部通道，所述傳力套筒的兩端分別與所述活塞頭和定閥盤固定連接，所述渦輪節構造成能夠在鉆井液的作用下帶動所述傳動軸旋轉。