石油钻机功能试验及应力测试模型制造技术

石油钻机功能试验及应力测试模型，其是将钻机组件按比例缩小，并且包括了钻机原型的以下基本设备：（１）起升设备：天车模型、井架模型、游车大钩模型、绞车模型、钢丝绳；（２）地面旋转送进设备：转盘模型、水龙头模型；（３）驱动设备：电驱动电机；（４）控制设备：液压站、司钻操作台并包括液控系统、电控系统；（５）钻井工具：钻头模型、钻具模型、吊环模型、吊卡模型、上卸扣工具；（６）卡瓦泥浆循环设备：钻井泵、泥浆槽模型、泥浆罐模型、高压管汇模型、水龙带模型；且以上各个模型单独设置或按照钻机实际工作状态连接装配。填补了石油钻机功能试验及应力测试模型的空白，使以前石油钻机无法进行的试验得以实现，如破坏性试验。为石油钻机的研制提供了科学的依据，使以前难以进行的试验，可以在试验室短期内完成。有效的加快了研制石油钻机的进度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于教学演示模型
，特别是用于石油院校和钻机科研单 位在实验室内进行钻机性能实验的石油钻机功能试验及应力测试模型。
技术介绍
模型试验方法虽然很早就有人使用，但其迅速发展还是近几十年内的事，特 别是质量纲分析法引入模型设计(1914年)后，才使模型试验方法得到系统的 发展。测量技术的不断改进以及各种新颖材料的发现和应用也为模型试验方法创 造了条件。目前模型试验方法在飞机、航天、建筑行业得到广泛的应用，但由於 石油钻机高大、笨重、设备繁多的特点，迄今为止模型试验方法在石油钻机研制 中仍未得到应用。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种石油钻机功能试验及应力测试模型，为石油钻 机科研单位和石油院校提供钻机模型，供他们在试验室内进行钻机功能、性能试验及应力测试。为钻机研制、教学提供方便快捷地试验研究条件。技术方案:石油钻机功能试验及应力测试模型，其是将钻机组件按比例縮小， 并且包括了钻机原型的以下基本设备(1) 起升设备天车模型、井架模型、游车大钩模型、绞车模型、钢丝绳；(2) 地面旋转送进设备转盘模型、水龙头模型；(3) 驱动设备电驱动电机；(4) 控制设备液压站、司钻操作台并包括液控系统、电控系统；(5) 钻井工具钻头模型、钻具模型、吊环模型、吊卡模型、上卸扣工具;(6) 卡瓦泥浆循环设备钻井泵、泥浆槽模型、泥浆罐模型、高压管汇模 型、水龙带模型；且以上各个模型单独设置或按照钻机实际工作状态连接装配。 各个模型连接装配关系为水龙头模型直接悬吊方钻杆模型及钻杆模型可转动，转盘模型带动方钻杆模型转动传递扭矩，通过钻头模型钻进，转盘模型在接 单根时承托钻具的套管模型全部重量；通过高压向井底输出高粘度大比重的液 体；油缸下端与基座模型连接，油缸上端与大钩模型连接拉紧大钩并通过油缸拉 力对井架、天车、游车大钩、底座模型加载；油缸上端与压在转盘梁模型上的 工装连接通过油缸拉力对转盘梁模型加载；底座模型用于安装除基座、泥浆泵、 以外的其他钻机模型的设备模型，承担这些设备模型全部重量及钻井作业的全部 载荷；基座模型用于安装钻机底座模型，承担除泥浆泵、泥浆罐模型以外的其他 钻机模型的全部重量及钻井作业的全部载荷。本技术将钻机按比例縮小，可以安装在试验室内，并具有以下特点(1)其结构包括了钻机原型的基本设备。起升设备天车模型、井架模型、游车大钩模型、绞车模型、钢丝绳； 地面旋转送进设备转盘模型、水龙头模型； 驱动设备电驱动电机；控制设备液压站、司钻操作台(包括液控系统、电控系统)； 钻井工具钻头模型、钻具模型、吊环模型、吊卡模型、上卸扣工具； 卡瓦泥浆循环设备钻井泵、泥浆槽模型、泥浆罐模型、高压管汇模型、水 龙带模型；(2)具有钻机原型的基本功能a. 钻井功能b. 提升功能c. 旋转功能d. 泥浆循环功能 本技术的有益效果主要体现在经济效益方面(1) 教学1台模型可供200名学生一年期间的教学和实习用，和在油田 实习相比可节约教学经费200万元人民币，每年我们可生产10台；如果5台用 于教学，一年可创经济效益IOOO万元人民币；如果模型用IO年可创1亿人民币。(2) 用于钻机研制钻机的提升设备须作应力测试，每台一年作40次试 验，和在实物上作相比可节约经费240万元；如果5台用于研制钻机，每年可创 效益1200万元；如果模型用10年，可创效益1.2亿元人民币。本技术社会效益填补了石油钻机功能试验及应力测试模型的空白， 使以前石油钻机无法进行的试验得以实现，如破坏性试验。为石油钻机的研制提 供了科学的依据，使以前难以进行的试验，可以在试验室短期内完成。有效的加 快了研制石油钻机的进度，为在短期内我国石油钻机赶超世界先进水平提供了有 力的保证。完善了石油院校试验设备，丰富了教学和试验内容，使教学更加直观， 使学生能较快的掌握钻井过程、石油钻机的性能和原理，为快速、高质量培养石 油钻机研制人材创造了有利的条件。附图说明图l为本技术结构示意图。 图2为本技术侧面视图。 图3为本技术俯视图。具体实施方式1、天车模型、井架模型、底座模型、游车大钩模型、转盘模型、钻杆、 方钻杆模型等均按相似比理论设计，只要确定了相似比，便可求出各部的尺寸， 并可由相似比理论求出其它对应物理量的参数，同时根据原型的工作条件推导 出模型的工作条件和边界条件，反过来可以从模型试验数据予测原型的相应数 据。2、模型的设计原理模型是按相似理论进行设计的。根据量钢分析法来 确定模型与原型的相似关系。模型实验中，主要涉及到的物理量有几何长度L、加速度a、圆频率、应力o、材料弹性模量E、材料密度P、杆件截面 积A、截面惯性矩I、外力F、质量m、自重W等。在力学中，这些物理量以 长度L、质量m和时间T为基本单位的量纲表(如下表)。<table>table see original document page 5</column></row><table>为了导出相似关系，取几何长度L、弹性模量E和材料密度P为基本单位，推导出各物理量与基本单位之间的关系，即是各物理量的相似关系。本技术在设计中取模型和原型的材料相同，则有E^/Eft^， Pg/P =l。LS/L =N，为己知条件。(即相似比)，通过相似理论可得到各物理量和相 似比的关系-加速度相似关系S尸al 即a模-N.a原应力相似关系S2=o 即o原-o模圆频率相似关系S3=l 即模-N.原截面积相似关系S4=a/12 即A模-A原/N2外力相似关系S5=F/L2 艮卩F模-F原/N2惯性矩相似关系S6=I/L4 S卩I模-I原/N4质量相似关系S7=m/13 即m^m原/N3重量相似关系S8=W/L2 即W模-W原/N2有了这些相似关系，就可以指导模型的试验工作，并可以把模型的试验结果 应用到原型上去，预测原型的有关性能。附图l-3本技术为钻机原型按比例缩小的钻机模型，它包含了石油钻机 的基夸设备和钻井工具，具有旋转钻机的全部功能和动作，其高度为3.5 7.5 米，^&为5.5米，宽度为12 3.6米，地面积为llm2 16m2。 本技术模型包括的组件有 (1)天车模型(MXT) (2)游车模型(MXY) (3)井架模型(MXJ) (4)绞车模型(MXC) (5)转盘模型(MXP) (6)转盘驱动装置模型(MXPQ) (7)水龙头模型(MXS) (8)套管(MXT0) (9)泥浆管(MXG) (10)泥浆槽(MXC0) (11)泥浆罐(MXGU) (12)高压管(MXGY) (13)液压站模型(MXYA) (14)操作台(包括液电控制MXCT) (15)钻杆模型(MXGA) (16)方钻杆模型(MXF) (17)钻头模型(MXT0) (18)上下钳模型(MXQY) (19)吊环模型(MXDH) (20)吊卡模型(MXQA)各设备作用及功能说明设备系统 设备名称(型号)天车模型(MXT) 游车模型(MXY) 井架模型(MXJ) 游绳绞车模型(MXC)(1)提升设备功能>用以在钻井过程中起下钻具模型 操作及下套管模型。广转盘模型(MXP) 、 水龙头模型直接悬吊方钻杆模型及钻杆模型可转本文档来自技高网...

【技术保护点】
石油钻机功能试验及应力测试模型，其特征是将钻机组件按比例缩小，并且包括了钻机原型的以下基本设备：　（１）起升设备：天车模型、井架模型、游车大钩模型、绞车模型、钢丝绳；　（２）地面旋转送进设备：转盘模型、水龙头模型；　（３） 驱动设备：电驱动电机；　（４）控制设备：液压站、司钻操作台并包括液控系统、电控系统；　（５）钻井工具：钻头模型、钻具模型、吊环模型、吊卡模型、上卸扣工具；　（６）卡瓦泥浆循环设备：钻井泵、泥浆槽模型、泥浆罐模型、高压管汇模 型、水龙带模型；　且以上各个模型按照钻机实际工作状态连接装配。

【技术特征摘要】
1、石油钻机功能试验及应力测试模型，其特征是将钻机组件按比例缩小，并且包括了钻机原型的以下基本设备(1)起升设备天车模型、井架模型、游车大钩模型、绞车模型、钢丝绳；(2)地面旋转送进设备转盘模型、水龙头模型；(3)驱动设备电驱动电机；(4)控制设备液压站、司钻操作台并包括液控系统、电控系统；(5)钻井工具钻头模型、钻具模型、吊环模型、吊卡模型、上卸扣工具；(6)卡瓦泥浆循环设备钻井泵、泥浆槽模型、泥浆罐模型、高压管汇模型、水龙带模型；且以上各个模型按照钻机实际工作状态连接装配。2、 根据权利要求1所述的石油钻机功能试验及应力测试模型，其特征是各 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯广平，
申请(专利权)人：宝鸡市依甫钻采设备技术有限公司，侯广平，
类型：实用新型
国别省市：61[中国|陕西]