井下托压模拟实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术提供一种井下托压模拟实验系统及实验方法，它包括压力加载装置和井下工况模拟台，所述的压力加载装置包括压力机和压力头，压力头与压力机连接，用于给水力振荡器或与水力振荡器连接的模拟杆部施加径向压力；所述的井下工况模拟台设有模拟井下介质；还设有穿心杆加载液压缸，以为水力振荡器施加钻压；还设有压力介质供应系统，在水力振荡器或模拟杆部设有振动传感器。通过位于进液管上的第一压力传感器获取输入压力，通过位于排液管上的第二压力传感器获取输出压力，以得到水力振荡器压力损耗数据；通过振动传感器，获取水力振荡器的振频、振幅和位移数据；本发明专利技术能够较为真实的模拟实际工况，传感器能够获得更加接近真实工况下的数据。

【技术实现步骤摘要】
井下托压模拟实验系统及实验方法
本专利技术涉及石油钻采设备领域，特别是一种井下托压模拟实验系统及实验方法。
技术介绍
在石油、天然气生产领域，水力振荡器是提高水平井快速钻进的工具，通过水力振荡器的振动，使钻柱与井壁之间的静摩擦转变为滑动摩擦，以减小摩擦阻力，尤其是在井眼水平段，容易出现托压、粘滑，丢失工具面等现象，限制了钻进速度，制约水平段的长度。中国专利文献CN203547713U记载了一种管柱振动减摩阻试验装置，通过设置模拟井筒，并在模拟井筒内加注钻井液，以模拟井下工况，但是在实际工况中，侧摩阻力并不是由钻井液造成的，更多来自托压等井壁或钻具与管柱之间的摩擦，因此采用该方案所模拟的摩擦力并不能反馈实际工况。CN104819837A记载了一种水力振荡器性能测试实验装置，能够以较为便利的方法固定水力振荡器，但是该方案主要用于测量水力振荡器的无干扰使用性能，不能显示出在实际工况中的使用性能。至于更多的相关文献，201510836342.1一种水力振荡器室内测试平台、201520743231.1钻井用井下水力振荡器模拟测试装置、201610712621.1振动类钻井工具性能检测装置及其用途这些方案均未能克服上述的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种井下托压模拟实验系统及实验方法，能够尽量真实的模拟水力振荡器在井下的实际工况并获得水力振荡器在接近真实工况下的实验数据，从而为水力振荡器的研发提供可靠的反馈数据，以优化设计。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种井下托压模拟实验系统，它包括压力加载装置和井下工况模拟台，所述的压力加载装置包括压力机和压力头，压力头与压力机连接，用于给水力振荡器或与水力振荡器连接的模拟杆部施加径向压力；所述的井下工况模拟台设有“V”形压力槽，在“V”形压力槽的斜面上设有模拟井下介质；还设有穿心杆加载液压缸，穿心杆加载液压缸的活塞杆设有通孔，压力介质能够沿轴向穿过穿心杆加载液压缸的活塞杆，穿心杆加载液压缸设置在进液管与穿心轴电机之间，以为水力振荡器施加钻压；还设有压力介质供应系统，压力介质供应系统包括主压力泵、进液管和排液管，进液管和排液管分别用于与水力振荡器的两端连接，以通过主压力泵输入的压力介质；在水力振荡器或模拟杆部设有振动传感器。优选的方案中，所述的压力头的底部设有加载部，加载部与压力头之间滑动连接。优选的方案中，还设有扭矩施加装置，扭矩施加装置为穿心轴电机，穿心轴电机的轴设有通孔，压力介质能够沿轴向穿过穿心轴电机的轴；穿心轴电机通过弹性联轴器与水力振荡器连接，以驱动水力振荡器旋转；在穿心轴电机的底部设有滑动座，滑动座设置在沿水力振荡器轴向的滑轨上，以使穿心轴电机能够沿着滑轨滑动。优选的方案中，穿心杆加载液压缸的缸体内加载端与加载泵连通，缸体内的另一端设有弹簧。优选的方案中，在排液管还设有增压装置，增压装置内设有增压弹簧或液压缸，增压装置用于给压力介质施加压力以模拟压力介质的井下提升压力。优选的方案中，所述的增压装置的结构为：增压缸内设有活塞，进液口设置在增压缸的底部，排液口位于增压缸的侧面，排液口与增压缸的内部底面相距一段距离，在增压缸的顶部设有增压螺母，增压螺母与活塞之间设有增压弹簧。优选的方案中，在水力振荡器的下方设有支撑座，支撑座设有可调底座，可调底座的顶部设有“V”形槽，在“V”形槽的斜面设有支撑辊，用于支撑水力振荡器沿轴向滑动。优选的方案中，还设有模拟杆部，模拟杆部与水力振荡器连接，模拟杆部位于井下工况模拟台上；井下工况模拟台还与可拆卸的反力架固定连接，反力架上设有测力计，测力计与模拟杆部的端头接触，以测量模拟杆部的传导的冲击力。优选的方案中，在进液管上设有第一压力传感器和第一流量计，在排液管上设有第二压力传感器。一种采用上述的井下托压模拟实验系统的实验方法：根据地质条件采用石头、砂、粘土中的一种或多种的组合制作模拟井下介质，固定安装在井下工况模拟台上；通过压力机对加载部施加不同的压力，模拟不同地质条件下的托压参数；通过加载泵驱动穿心杆加载液压缸给水力振荡器施加钻压；穿心轴电机旋转，通过弹性联轴器给水力振荡器施加扭矩，驱动水力振荡器旋转；主压力泵将压力介质容器内的压力介质通过旋转接头输送至水力振荡器，带动水力振荡器或模拟钻头部往复运动；通过位于进液管上的第一压力传感器获取输入压力，通过位于排液管上的第二压力传感器获取输出压力，以得到水力振荡器压力损耗数据；通过第一流量计获取压力介质的流量；通过振动传感器，获取水力振荡器的振频、振幅和位移数据；通过以上步骤，实现对模拟井下托压工况条件下的实验数据收集。本专利技术提供的一种井下托压模拟实验系统，通过采用井下工况模拟台，利用模拟井下介质以及施加的压力，将压力传递给模拟钻头部，用于模拟托压对钻杆产生的托压，从而能够较为真实的模拟水力振荡器的实际工况，因此相应采集装置，例如压力传感器、振动传感器能够获得更加接近真实工况下的数据，发现现有技术中的实验装置难以发现的技术问题，为水力振荡器的进一步优化设计提供了有效的数据反馈。本专利技术的方案能够指导对井下工况模拟的加载结构进一步优化，从而简化自身的结构。设置的穿心轴电机和穿心杆加载液压缸的结构，能够方便的给水力振荡器加载钻压和扭矩，进一步模拟水力振荡器的真实工况。而且整个实验设备的体积能够进一步缩减，便于安装和测试。设置在排液管的增压装置能够较为真实的模拟压力介质循环提升时所受到的垂直压力，以使测试数据更贴近真实的工作环境。与现有技术相比，本专利技术能够较为真实的模拟水力振荡器的实际工况，所获取的数据能够接近真实工况，对于新产品的研发具有更大的指导意义，能够大幅缩短水力振荡器的研发时间。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术中井下工况模拟台的横截面结构示意图。图3为本专利技术中支撑座的横截面结构示意图。图4为本专利技术中增压装置的结构示意图。图5为本专利技术中弹性联轴器的结构示意图。图6为本专利技术中穿心杆加载液压缸的结构示意图。图中：水力振荡器1，支撑座2，可调底座201，锁紧螺母202，支撑辊203，弹性联轴器3，第一连接管31，第二连接管32，第一法兰33，第二法兰34，弹性体35，穿心轴电机4，滑轨5，穿心杆加载液压缸6，穿心活塞杆61，缸体62，弹簧63，旋转接头7，模拟杆部8，井下工况模拟台9，“V”形压力槽91，模拟井下介质92，压力加载装置10，压力机101，压力头102，加载部103，进液管11，排液管12，增压装置13，增压螺母131，活塞132，增压缸133，进液口134，排液口135，增压弹簧136，压力介质容器14，主压力泵15，第一压力传感器16，第一流量计17，加载泵18，油箱19，第二压力传感器20，第二流量计21，振动传感器22，反力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下托压模拟实验系统，其特征是：它包括压力加载装置（10）和井下工况模拟台（9），所述的压力加载装置（10）包括压力机（101）和压力头（102），压力头（102）与压力机（101）连接，用于给水力振荡器（1）或与水力振荡器（1）连接的模拟杆部（8）施加径向压力；/n所述的井下工况模拟台（9）设有“V”形压力槽（91），在“V”形压力槽（91）的斜面上设有模拟井下介质（92）；/n还设有穿心杆加载液压缸（6），穿心杆加载液压缸（6）的活塞杆设有通孔，压力介质能够沿轴向穿过穿心杆加载液压缸（6）的活塞杆，穿心杆加载液压缸（6）设置在进液管（11）与穿心轴电机（4）之间，以为水力振荡器（1）施加钻压；/n还设有压力介质供应系统，压力介质供应系统包括主压力泵（15）、进液管（11）和排液管（12），进液管（11）和排液管（12）分别用于与水力振荡器（1）的两端连接，以通过主压力泵（15）输入的压力介质；/n在水力振荡器（1）或模拟杆部（8）设有振动传感器（22）。/n

【技术特征摘要】
1.一种井下托压模拟实验系统，其特征是：它包括压力加载装置（10）和井下工况模拟台（9），所述的压力加载装置（10）包括压力机（101）和压力头（102），压力头（102）与压力机（101）连接，用于给水力振荡器（1）或与水力振荡器（1）连接的模拟杆部（8）施加径向压力；
所述的井下工况模拟台（9）设有“V”形压力槽（91），在“V”形压力槽（91）的斜面上设有模拟井下介质（92）；
还设有穿心杆加载液压缸（6），穿心杆加载液压缸（6）的活塞杆设有通孔，压力介质能够沿轴向穿过穿心杆加载液压缸（6）的活塞杆，穿心杆加载液压缸（6）设置在进液管（11）与穿心轴电机（4）之间，以为水力振荡器（1）施加钻压；
还设有压力介质供应系统，压力介质供应系统包括主压力泵（15）、进液管（11）和排液管（12），进液管（11）和排液管（12）分别用于与水力振荡器（1）的两端连接，以通过主压力泵（15）输入的压力介质；
在水力振荡器（1）或模拟杆部（8）设有振动传感器（22）。


2.根据权利要求1所述的一种井下托压模拟实验系统，其特征是：所述的压力头（102）的底部设有加载部（103），加载部（103）与压力头（102）之间滑动连接。


3.根据权利要求1所述的一种井下托压模拟实验系统，其特征是：还设有扭矩施加装置，扭矩施加装置为穿心轴电机，穿心轴电机的轴设有通孔，压力介质能够沿轴向穿过穿心轴电机的轴；
穿心轴电机通过弹性联轴器（3）与水力振荡器（1）连接，以驱动水力振荡器（1）旋转；
在穿心轴电机（4）的底部设有滑动座，滑动座设置在沿水力振荡器（1）轴向的滑轨（5）上，以使穿心轴电机（4）能够沿着滑轨（5）滑动。


4.根据权利要求5所述的一种井下托压模拟实验系统，其特征是：穿心杆加载液压缸（6）的缸体（62）内加载端与加载泵（18）连通，缸体（62）内的另一端设有弹簧（63）。


5.根据权利要求1所述的一种井下托压模拟实验系统，其特征是：在排液管（12）还设有增压装置（13），增压装置（13）内设有增压弹簧（136）或液压缸，增压装置（13）用于给压力介质施加压力以模拟压力介质的井下提升压力。


6.根据权利要求1所述的一种井下托压模拟实验系统，其特征是：所述的增压装置（13）的结构为：增压缸（133）内设有活塞（132），进液口...

【专利技术属性】
技术研发人员：信石玉，钱伟强，余长柏，车强，张勃飞，王凌寒，李大彬，杨凡，
申请(专利权)人：中石化石油机械股份有限公司，中石化石油机械股份有限公司研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42