动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台制造技术

本发明专利技术公开一种动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台，包括架体、旋转装置、夹持装置、加载装置四大部分组成，能够模拟指向式旋转导向钻井工具在实际井况中的导向过程，同时能实现指向式旋转导向钻井工具在承受轴向压力和扭矩的同时可控弯接头在其工作范围内角度的任意调整；通过加载轴向压力和扭矩，可以对指向式旋转导向钻井工具进行导向性能、可靠性、控制原理进行验证等方面实验研究，也可以进行模拟钻井的研究，本发明专利技术可以作为指向式旋转导向工具的性能测试以及原理验证。

【技术实现步骤摘要】
动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台
本专利技术属于石油钻井工程领域，具体涉及一种指向式旋转导向钻井工具试验台架。
技术介绍
为了满足油气资源勘探开发的要求，大位移井、三维多目标多分支井、长水平段水平井等复杂结构井越来越多，也越来越常规化，常规滑动钻井技术已经不能满足复杂井钻井工艺的技术要求，其钻井效率低下、井眼净化差、井深质量差、井下事故频发等诸多问题，严重影响着我国钻井事业和石油开采技术的发展。因此旋转导向钻井技术应运而生，即采用旋转导向钻井系统在旋转钻井方式下实现井斜和方位的调整，配合随钻测量技术的井下控制技术，在进行井下测量信息实时反馈的同时，自动调整井下工具的造斜能力，实现复杂井眼轨迹的连续和自动控制，提高钻井效率和开发效益。国外石油公司根据各种偏置原理研发出了多种类型的旋转导向钻井系统，并已经成功进行了商业化应用，取得了很高的经济效益。国内在这方面的研究起步较晚，还未研发出能够成功商业化应用的旋转导向钻井工具。国内研究机构在国外技术的基础上，进行了旋转导向钻井装置的研究，虽然在原理上都能实现定向钻井和方位调整，但由于缺乏充分的实验室实验方面的研究，很多关键技术仍无法突破。本专利提出一种动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台为进行旋转导向钻井系统实验室研究的提供有力实验手段。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术目的在于提出一种动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台，在实验室条件下真实模拟动态指向式旋转导向钻井工具在加载之后的导向能力，以及动态指向式旋转导向钻井工具控制性能，对动态指向式旋转导向钻井工具的可靠性进行研究。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台，包括安装在架体上的旋转装置、夹持装置和加载装置；旋转装置包括液压马达、输出轴一、扭矩变送器和输出轴二；液压马安装在在架体上，液压马达输出轴与输出轴一一端连接，输出轴一通过两个深沟球轴承二安装在架体上，输出轴一另一端与扭矩变送器连接，扭矩变送器另一端与输出轴二连接，输出轴二通过推力球轴承和深沟球轴承安装在架体上，输出轴二另一端与输出轴套一端连接，输出轴套上安装有汇流环，用来进行动静之间的信号传递，输出轴套另一端与工件连接；夹持装置包括手轮、直线导轨、支撑头和支撑架；布置在工件两侧的两个支撑架固定在架体上，两个支撑架及工件下方的架体上分别安装有直线导轨，丝杠和丝套组成的夹持机构分别安装在直线导轨上，夹持机构能够在直线导轨滑槽上自由滑动，丝杠上端安装手轮、另一端安装支撑头，支撑头上均装有两个用于夹持工件的深沟球轴承；加载装置包括负载轴和液压泵；液压泵的输出轴与负载轴连接将扭矩传递给负载轴，负载轴另一端与工件的钻头连接，油缸包括油缸空心轴和油缸体，油缸通过深沟球轴承安装在负载轴上，油缸用于给负载轴提供轴向力，环形挡圈通过螺栓与油缸的油缸体连接，挡圈上沿周向均匀安装有多个牛眼轮万向滚珠，牛眼轮万向滚珠与挡圈之间安装有弹簧，牛眼轮万向滚珠一侧安装有用来抵消油缸给工具施加轴向力的挡板，挡板安装在架体上，挡板与牛眼轮万向滚珠的接触面为球面；负载轴上通过推力球轴承安装有用来测量负载轴轴向力大小的压力传感器。进一步，油缸体套在油缸空心轴上，油缸空心轴和油缸体之间形成两个油腔，一个油腔开有进油孔，另一油腔开有出油孔。进一步，输出轴二通过推力球轴承和两个深沟球轴承安装在轴承支座上，轴承支座安装在架体上；推力球轴承和深沟球轴承之间用隔环隔开，两个深沟球轴承之间用两个隔套隔开。进一步，轴承支座一端装有用来调整轴承间隙的透盖二，轴承支座和透盖二上都装有毡圈密封，轴承支座与架体之间安装有平键一。进一步，两个支撑架上的夹持机构与支撑头通过销轴活动连接，架体上的夹持机构与支撑头固定连接。进一步，所述架体由矩形钢焊接而成，架体下部通过膨胀螺栓与地面紧固连接，架体后端开有等距螺纹孔和销钉孔，用于安装加载装置。进一步，输出轴与负载轴通过平键一连接，负载轴与法兰二通过平键二连接，法兰二与法兰一通过平键三连接，法兰一与钻头通过平键四连接。本专利技术的有益效果是：1本专利技术可用于研究指向式旋转导向钻井工具的可控弯接头在加载后的导向能力、控制性能、指向式旋转导向钻井工具的可靠性。为指向式旋转导向钻井工具导向性能研究、指向式旋转导向钻井工具动力学研究以及侧向力等等进行系统全面的研究。2本专利技术的轴向加载装置和扭矩加载装置以及扭矩负载部分全部采用液压加载，能够为指向式旋转导向钻井工具提供实际钻井工况的轴向载荷以及扭矩载荷。3本专利技术的扭矩负载装置采用液压泵，液压泵可以满足扭矩负载的加载。4本专利技术测量装置中的压力传感器在实验过程中可实时测量轴向压力，并通过信号电缆将数据传至数据处理装置进行处理。5本专利技术的架体上开有均布的螺栓孔，可以满足不同长度尺寸的旋转导向钻井工具的实验研究。同时架体上也可以安装其他实验装置进行其他方面的实验研究。6本专利技术的轴向反作用力抵消装置，能够抵消可控弯接头在未偏摆时液压缸给钻头施加的轴向力，同时能够抵消可控弯接头在有一定的偏摆角度时液压缸给钻头施加的轴向力。轴向反作用力抵消装置上安装有牛眼轮万向滚珠，能够减小可控弯接头在各个方向偏摆的过程中产生的摩擦力。7本试验台中的所有测得的数据都可以传递到电脑上，通过电脑对所获得数据进行处理。对整套实验设备进行实时监控。8本实验台支撑组件的支撑装置可以在直线轨道上滑动，以实现对工具不同部位的夹持。支撑装置上的支撑头与支撑装置通过销子实现铰链连接，支撑头上装有两个深沟球轴承，这样能够实现对实验工件很好的对中。附图说明图1为指向式旋转导向钻井工具整体结构示意图；图1a是试验台架主视图；图1b是试验台架俯视图；图2为动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台旋转装置结构图；图3为动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台夹持组件结构图；图3a是加持装置主视图；图3b是加持装置左视图；图4为动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台后支撑头组件结构图；图中：旋转装置1、工件2、夹持装置3、加载装置4、膨胀螺栓5、架体6、销空7、螺栓孔8、液压马达1-1、液压马达支座1-2、输出轴一1-3、透盖一1-4、扭矩变送器1-5、输出轴二1-6、轴承支座1-7、推力球轴承1-8、隔环1-9、隔套一1-10、深沟球轴承一1-11、汇流环1-12、输出轴套1-13、平键二1-14、透盖二1-15、圆螺母1-16、平键一1-17、毡圈密封1-18、隔套二1-19、深沟球轴承二1-20、手轮3-1、夹持装置一3-2、直线导轨3-3、支撑头3-4、销子3-5、加持装置二3-6、深沟球轴承三3-7、丝杠3-8、丝套3-9、支撑架3-10、钻头4-1、平键一4-2、法兰一4-3、法兰二4-4、平键二4-5、负载轴4-6、压力传感器4-7、挡环4-8、弹簧4-9、隔套4-10、挡板4-11、牛眼轮万向滚珠4-12、油孔一4-13、油缸体4-14、油孔二4-15、油缸空心轴4-16、毡圈密封4-17、液压泵4-18、平键四4-19、输出轴4-20、O型圈4-21、油缸封圈4-22、透盖4-23、深沟球轴承四4-24、挡圈4-25、推力球轴承一4-26、平键三4-27。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完本文档来自技高网...

【技术保护点】
动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台，其特征在于：包括安装在架体(6)上的旋转装置(1)、夹持装置(3)和加载装置(4)；旋转装置(1)包括液压马达(1‑1)、输出轴一(1‑3)、扭矩变送器(1‑5)和输出轴二(1‑6)；液压马达(1‑1)安装在架体(6)上，液压马达输出轴与输出轴一(1‑3)一端连接，输出轴一(1‑3)通过两个深沟球轴承二(1‑20)安装在架体(6)上，输出轴一(1‑3)另一端与扭矩变送器(1‑5)一端端连接，扭矩变送器(1‑5)另一端与输出轴二(1‑6)连接，输出轴二(1‑6)通过推力球轴承(1‑8)和深沟球轴承一(1‑11)安装在架体(6)上，输出轴二(1‑6)另一端与输出轴套(1‑13)一端连接，输出轴套(1‑13)上安装有汇流环(1‑12)，用来进行动态情况下的信号传递，输出轴套(1‑13)另一端与被测工件(2)连接；夹持装置(3)包括手轮(3‑1)、直线导轨(3‑3)、支撑头(3‑4)和支撑架(3‑10)；布置在被测工件(2)两侧的两个支撑架(3‑10)固定在架体(6)上，两个支撑架(3‑10)安装有直线导轨(3‑3)，丝杠(3‑8)和丝套(3‑9)组成的夹持爪分别安装在直线导轨(3‑3)上，夹持爪能够在直线导轨(3‑3)滑槽上自由滑动，丝杠(3‑8)上端安装手轮(3‑1)、另一端安装支撑头(3‑4)，支撑头(3‑4)上均装有两个用于夹持被测工件(2)的深沟球轴承三(3‑7)；加载装置(4)包括负载轴(4‑6)和液压泵(4‑18)；液压泵(4‑18)的输出轴(4‑20)与负载轴(4‑6)连接将扭矩传递给负载轴(4‑6)，负载轴(4‑6)另一端与被测工件(2)上的钻头连接，油缸包括油缸空心轴(4‑16)和油缸体(4‑14)，油缸通过深沟球轴承四(4‑24)安装在负载轴(4‑6)上，油缸用于给负载轴(4‑6)提供轴向力，环形的挡圈(4‑25)通过螺栓与油缸的油缸体(4‑14)连接，挡圈(4‑25)上沿周向均匀安装有多个牛眼轮万向滚珠(4‑12)，牛眼轮万向滚珠(4‑12)与挡圈(4‑25)之间安装有弹簧(4‑9)，牛眼轮万向滚珠(4‑12)一侧安装有用来抵消油缸给工具施加轴向力的挡板(4‑11)，挡板(4‑11)安装在架体(6)上，挡板(4‑11)与牛眼轮万向滚珠(4‑12)的接触面为球面；负载轴(4‑6)上通过推力球轴承一(4‑26)安装有用来测量负载轴(4‑6)轴向力的压力传感器(4‑7)。...

【技术特征摘要】
1.动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台，其特征在于：包括安装在架体(6)上的旋转装置(1)、夹持装置(3)和加载装置(4)；旋转装置(1)包括液压马达(1-1)、输出轴一(1-3)、扭矩变送器(1-5)和输出轴二(1-6)；液压马达(1-1)安装在架体(6)上，液压马达输出轴与输出轴一(1-3)一端连接，输出轴一(1-3)通过两个深沟球轴承二(1-20)安装在架体(6)上，输出轴一(1-3)另一端与扭矩变送器(1-5)一端端连接，扭矩变送器(1-5)另一端与输出轴二(1-6)连接，输出轴二(1-6)通过推力球轴承(1-8)和深沟球轴承一(1-11)安装在架体(6)上，输出轴二(1-6)另一端与输出轴套(1-13)一端连接，输出轴套(1-13)上安装有汇流环(1-12)，用来进行动态情况下的信号传递，输出轴套(1-13)另一端与被测工件(2)连接；夹持装置(3)包括手轮(3-1)、直线导轨(3-3)、支撑头(3-4)和支撑架(3-10)；布置在被测工件(2)两侧的两个支撑架(3-10)固定在架体(6)上，两个支撑架(3-10)安装有直线导轨(3-3)，丝杠(3-8)和丝套(3-9)组成的夹持爪分别安装在直线导轨(3-3)上，夹持爪能够在直线导轨(3-3)滑槽上自由滑动，丝杠(3-8)上端安装手轮(3-1)、另一端安装支撑头(3-4)，支撑头(3-4)上均装有两个用于夹持被测工件(2)的深沟球轴承三(3-7)；加载装置(4)包括负载轴(4-6)和液压泵(4-18)；液压泵(4-18)的输出轴(4-20)与负载轴(4-6)连接将扭矩传递给负载轴(4-6)，负载轴(4-6)另一端与被测工件(2)上的钻头连接，油缸包括油缸空心轴(4-16)和油缸体(4-14)，油缸通过深沟球轴承四(4-24)安装在负载轴(4-6)上，油缸用于给负载轴(4-6)提供轴向力，环形的挡圈(4-25)通过螺栓与油缸的油缸体(4-14)连接，挡圈(4-25)上沿周向均匀安装有多个牛眼轮万向滚珠(4-12)，牛眼轮万向滚珠(4-12)与挡圈(4-25)之间安装有弹簧(4-9)，牛眼轮万向滚珠(4-12)一侧安装有用来抵消油缸给工具施加轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光伟，李庆伟，孙学珍，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61