一种旋转工具面角测试装置制造方法及图纸

一种旋转工具面角测试装置包括：井斜标定台架、旋转测试台架、方位标定台架、电源模块、微机模块、滑环线、紧急刹车器；旋转工具面角测控系统安装在旋转测试台架上，由旋转测试台架上的直流减速电动机带动旋转，再将旋转测试台架固定在井斜标定台架上，最后将井斜标定台架固定在方位标定台架上。电源模块通过滑环线对整个旋转测试台架供电，旋转工具面角测试系统将采集到的井斜、方位、转速、工具面角等信号进行调理后通过滑环传输到微机模块，实现了旋转测试台架与外接的微机模块之间的数据及控制通讯。本发明专利技术为旋转工具面角系统在旋转工况下进行准确测量、测量影响因素分析及实现精确控制提供强有力的技术保障。

Device for testing angle of rotary tool surface

A rotary tool angle measuring device comprises: deviation calibration bench, rotation test bench, azimuth calibration bench, power module, computer module, slip line, emergency brake; rotating tool angle measurement and control system is installed on the rotating test bench, test bench by rotating DC motor drives the rotation of the gear and then the rotation test bench is fixed on the deviation calibration bench, the deviation calibration bench is fixed on the azimuth calibration bench. The power supply module through the slip ring line on the entire rotating test bench power supply, rotary tool face angle testing system will collect hole deviation and azimuth, speed, tool face angle of signal conditioning through slip rings are transmitted to the micro module, realizes the data communication between the control and the rotating test rig with external microcomputer module. The invention provides a powerful technical guarantee for the accurate measurement and measurement of the rotating tool angle system in the rotating working condition and the analysis of the influencing factors and the realization of accurate control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及随钻测井
中的一种工具面角测试系统，尤其涉及一种连续旋转状态下钻具工具面角测试系统。
技术介绍
目前，在石油钻井行业的随钻测量领域，国外带有方位性测量的随钻测井仪器和随钻方位成像仪器已经相当成熟，有效解决了钻入地层界面识别不准和复杂地质条件下的解释难题，并可有效识别地层倾角和裂缝以更好地进行地质导向和地质决策，创造出巨大的经济和社会效益。国内的随钻测井仪器（包括随钻自然伽马、随钻电阻率等）已市场化推广应用十多年的时间，在结构设计上这些随钻测井仪器大都安装一个传感器且居于钻铤中心轴线，即便有些仪器结构设计上采用偏心结构，但至今仍没有真正利用其方位响应特性，不论均质或非均质地层，探测范围内的测量响应都是以传感器所在点为中心，井眼周围所测地层共同作用的结果，对地质参数变化的判别存在时间滞后，无法在水平井中及时分辨上下岩性界面变化特征和有效发现复杂油藏，时常错过进入储集层的最佳时机，其中一个很重要的原因就是仪器不带有旋转工具面角测量功能。目前有部分应用的随钻方位测量仪器是在钻铤外壁安装一个或者多个测量传感器，是在保证钻具与待测地层相对固定的条件下进行储层特性的划分。但存在的缺点是：由于钻具处于滑动或者静止状态，不能旋转钻进。随着所钻井眼井斜角和井眼位移的增加，钻具与井壁间摩阻明显增加，钻压无法有效施加到钻头上，钻井速度变慢，钻具粘卡风险增加，井眼钻探深度受限，同时滑动钻进所钻出的井眼轨迹不规则。
技术实现思路
本专利技术目的为了克服现有技术的问题，提供一种能够在不同井斜及不同方位情况下对连续旋转状态下工具面角进行测量，通过获取的实时测量数据，可以实现工具面角测量精度计算及影响因素分析的旋转工具面角测试装置。本专利技术的技术方案是：一种旋转工具面角测试装置包括：方位标定台架、井斜标定台架、旋转测试台架、电源模块、微机模块、滑环线；其中，方位标定台架是在底座上固定芯轴，芯轴外设轴承和轴承套，在底座或轴承套外围设置方位分度盘和指针；井斜标定台架通过轴承套与方位标定台架连接，井斜标定台架包括底板和前后侧板组成的框架体，在框架体上设置主轴，主轴伸出端连接有分度盘；旋转测试台架被固定在井斜标定台架前后侧板之间的主轴上，旋转测试台架包括基座和直流减速电动机、联轴器、光栅码盘、测试骨架、压盖、滑环，直流减速电动机固定在基座上，直流减速电动机输出轴与测试骨架连接轴相连，压盖与测试骨架的连接轴旋转配合并将测试骨架固定在基座上，光栅码盘安装在输出轴上，滑环与光栅码盘配合将数据输通过滑环线传输到微机模块；测试骨架上设有旋转传感器槽和旋转传感器、处理电路槽和处理电路；电源管理模块通过滑环线连接到旋转测试台架，并对旋转测试台架上的所有电器供电；微机模块通过滑环线与电源管理模块和旋转测试台架上的电器部件建立数据及控制、通讯连接。上述方案进一步包括：旋转传感器由高速三轴磁力计、三轴加速计、高速测控电路组成。在直流减速电动机上设置紧急刹车器。方位标定台架的轴承套外周边设有与底座插接配合的销孔组合；井斜标定台架的前后侧板之间还连接有固定板，固定板带有定位销孔；旋转测试台架的基座上也设有相同直径的定位孔，定位销孔和定位孔与定位销配合将井斜标定台架和旋转测试台架在不同角度定位。井斜标定台架的侧板采用无磁钢，井斜标定台架的底板采用铅黄铜hpb59-1，旋转测试台架采用铝材，包括主轴和销钉、定位销的机械连接部件全部采用青铍铜材料。本专利技术的有益效果是：经实验验证，本测试系统用于钻具在连续旋转状态下进行方位角的测量，由于旋转传感器安装在测试骨架的U型槽内，直流减速电机通电工作时会带动测试骨架连同旋转传感器同步转动，实时测量出当前的工具面角并跟光栅码盘精确计算的工具面角进行对比分析，保证测试系统测量数据的准确性和实时性。此外，该测试装置可根据需要设置旋转测试台架的井斜和方位，通过正交试验分析建立井斜和方位的不同组合，并在不同的组合下对工具面角测量的准确性进行分析，运用统计分析方法归纳总结出工具面角的测量影响因素。该试验装置能够模拟井下旋转工况，实现随钻测井工具在跟随钻具旋转钻进过程中真正意义上的方位性测量和井眼成像。附图说明图1为旋转工具面角测试装置示意图。图2为图1中井斜标定台架和方位标定台架部分的侧视图。图3为方位标定台架俯视图。图4为旋转测试台架示意图。图5为测试骨架示意图。1、井斜标定台架，2、旋转测试台架，3、电源模块，4、微机模块，5、滑环线，6、底板，7、前侧板，8、后侧板，9、主轴，10、销钉，11、井斜分度盘，12、固定板，13、定位销A，14、基座，15、直流减速电机，16、联轴器，17、光栅码盘，18、测试骨架，19、压盖，20、滑环，21、主轴孔，22、定位孔，23、紧急刹车器，24、传感器槽，25、处理电路槽，26、旋转传感器，27、处理电路，28、方位标定台架，29、轴承套，30、指针和方位分度盘，31、底座，32、轴承，33、芯轴，34、定位销B，35、压盖。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术提出的旋转工具面角测试装置包括：井斜标定台架1、旋转测试台架2、方位标定台架28、电源模块3、微机模块4、滑环线5、紧急刹车器23。旋转工具面角测试系统安装在旋转测试台架2上，电源模块3通过滑环线5对整个旋转测试台架2供电，其中包括直流减速电动机15、旋转工具面角测试系统及光栅码盘17；另外，旋转工具面角测试系统将采集到的井斜、方位、转速、工具面等信号进行调理后通过滑环传输到微机模块4，实现了旋转测试台架2与外接的微机模块4之间的数据及控制通讯。另外，在实验装置外配合安装紧急刹车器23，用以紧急刹车，在刹车过程中，直流减速电机1堵转，选用电机时考虑过电流保护能力，确保电机正常工作。刹车制动器由微机模块4根据控制信号进行自动刹车，刹车时间与测控系统控制信号关联。电源模块3负责将交流电进行整流稳压处理成为直流电后，再进行电压转换处理将直流电压分别转换为+15v、-15v、5V，为测控系统提供所需电力。由于旋转工具面角测试系统在测量过程中使用磁通门测量，磁通门受铁、磁物质干扰大，为了避免磁干扰影响测量准确度，整个实验装置采用无磁材料制作，其中井斜标定台架1采用无磁钢，旋转测试台架2采用无磁干扰的铝材，方位标定台架28采用无磁钢，各种固定用的螺栓、螺母等全部采用青铍铜材料。如图1、2所示，井斜标定台架1包括底板6、前侧板7、后侧板8、主轴9、销钉10、井斜分度盘11、固定板12、定位销孔13。把装有旋转工具面角测试系统的旋转测试台架2通过销钉10安装在主轴9上，旋转测试台架2可轻松的变换不同的井斜角度，根据所需求的标定角度，设置井斜分度盘11，当前可根据需要每15°设置一固定位置，每一固定位置需要严格标定，标定位置在井斜分度盘11上注明。在井斜标定台架1安装固定板12，固定板12上钻出定位销孔13，当旋转测试台架2转至设定角度后，井斜标定台架1上的定位销孔13与旋转测试台架2上的定位销孔重合，用铍青铜材料制作的定位销把旋转测试台架2固定。井斜标定台架1上的底板6采用铅黄铜hpb59-1，既利用铅黄铜的可切削性强、力学性能良好的特点，也加强了底板6的重量，增强了整个实验装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转工具面角测试装置，其特征是包括：方位标定台架、井斜标定台架、旋转测试台架、电源模块、微机模块、滑环线；其中，方位标定台架是在底座上固定芯轴，芯轴外设轴承和轴承套，在底座或轴承套外围设置方位分度盘和指针；井斜标定台架通过轴承套与方位标定台架连接，井斜标定台架包括底板和前后侧板组成的框架体，在框架体上设置主轴，主轴伸出端连接有分度盘；旋转测试台架被固定在井斜标定台架前后侧板之间的主轴上，旋转测试台架包括基座和直流减速电动机、联轴器、光栅码盘、测试骨架、压盖、滑环，直流减速电动机固定在基座上，直流减速电动机输出轴与测试骨架连接轴相连，压盖与测试骨架的连接轴旋转配合并将测试骨架固定在基座上，光栅码盘安装在输出轴上，滑环与光栅码盘配合将数据输通过滑环线传输到微机模块；测试骨架上设有旋转传感器槽和旋转传感器、处理电路槽和处理电路；电源管理模块通过滑环线连接到旋转测试台架，并对旋转测试台架上的所有电器供电；微机模块通过滑环线与电源管理模块和旋转测试台架上的电器部件建立数据及控制、通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种旋转工具面角测试装置，其特征是包括：方位标定台架、井斜标定台架、旋转测试台架、电源模块、微机模块、滑环线；其中，方位标定台架是在底座上固定芯轴，芯轴外设轴承和轴承套，在底座或轴承套外围设置方位分度盘和指针；井斜标定台架通过轴承套与方位标定台架连接，井斜标定台架包括底板和前后侧板组成的框架体，在框架体上设置主轴，主轴伸出端连接有分度盘；旋转测试台架被固定在井斜标定台架前后侧板之间的主轴上，旋转测试台架包括基座和直流减速电动机、联轴器、光栅码盘、测试骨架、压盖、滑环，直流减速电动机固定在基座上，直流减速电动机输出轴与测试骨架连接轴相连，压盖与测试骨架的连接轴旋转配合并将测试骨架固定在基座上，光栅码盘安装在输出轴上，滑环与光栅码盘配合将数据输通过滑环线传输到微机模块；测试骨架上设有旋转传感器槽和旋转传感器、处理电路槽和处理电路；电源管理模块通过滑环线连接到旋转测试台架，并对旋转测试台架上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海，宿振国，周金柱，金建民，徐海乐，崔海波，施斌全，唐海全，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11