[发明专利]一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置

说明书

本发明涉及一种岩石‑金属复合运动摩擦实验装置，包括工作台（1）、正压力施加机构（2）、滑动机构（3）、岩石夹持机构（4）和振动机构（5），正压力施加机构（2）固定在工作台（1）上方一侧；滑动机构（3）竖直安装工作台（1）上方中部；岩石夹持机构（4）设置于滑动机构（3）的前侧，振动机构（5）的输出端与支撑架（24）的底部紧固连接。本发明的优点在于：该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后振动参数对滑动、振动滑动的摩擦阻力影响的规律提供手段，能够实现岩石和金属相对滑动、相对振动和滑动+振动同时进行的实验需求，结构简单、使用方便。

技术领域

本发明涉及石油工程领域钻柱与井壁摩擦的实验装置，特别是一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置。

背景技术

在水平井、大位移井钻井过程中，钻柱与井壁接触和相对运动会产生较大摩擦阻力。该摩擦阻力会引发一系列复杂工程问题：扭转负荷增大造成钻柱强度和钻机负荷问题，滑动摩擦阻力造成钻柱屈曲、下入困难和难以施加和钻压问题等。工程界为了减轻此摩擦阻力的影响，开展了钻柱振动减阻的工程实践并取得一定效果。为了定量评价钻柱振动的减阻量，振动参数对减阻的影响规律以及振动位置的定量分析，亟需发明一种可模拟钻具（金属）与井壁（岩石）之间非线性摩擦模型的实验装置，该装置能对钻具与井壁的滑动、滑动+振动摩擦进行评价和机理研究，并可对类似工况的动摩擦开展模型匹配和参数识别等工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后滑动、振动滑动的摩擦阻力，振动参数对减阻的影响规律提供手段。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，包括工作台、正压力施加机构、滑动机构、岩石夹持机构和振动机构，所述的正压力施加机构固定在工作台上方一侧，正压力施加机构包括支座A、转轴支架A、拉压传感器A、支座B和万向球，支座A固定在工作台上，转轴支架A的一端通过转轴A铰接安装在支座A上，另一端通过正反螺栓与拉压传感器A的一端紧固连接，拉压传感器A的另一端与万向球支座的一端连接，万向球支座的另一端固定安装有多个万向球，支座B固定在工作台上，支座B上通过转轴B与转轴支架B的一端铰接相连，转轴支架B的另一端与万向球支座的中部铰接相连；所述的滑动机构竖直安装工作台上方中部，滑动机构包括滑台座、滑轨、滑台、电机、关节轴承、拉压传感器B和金属试件，滑台座垂直于工作台，滑台座上沿竖直方向安装有两个相互平行的滑轨，滑台与滑轨滑动配合，滑台座的中部竖直安装有丝杠，丝杠的上端与电机相连，丝杠的中部螺纹部分与滑台配合连接，滑台通过连接件与关节轴承连接，关节轴承与拉压传感器B的一端传动连接，拉压传感器B的另一端与金属试件连接，所述的万向球顶压在金属试件的侧面上；所述岩石夹持机构设置于滑动机构的前侧，岩石夹持机构包括支撑架和锁紧件，支撑架的一侧开有用于容纳岩样的凹槽，凹槽的开口方向朝向金属试件，凹槽的上方安装有用于固定岩样的锁紧件；所述的振动机构安装在工作台的下部，振动机构的输出端与支撑架的底部传动连接。

所述的万向球有多个。

所述的万向球支座垂直于金属试件的表面，且万向球支座的轴线与岩样对齐。

本发明具有以下优点：

1、本发明填补了现无此类实验装置的空白，能够实现岩石和金属相对滑动、相对振动和滑动+振动同时进行的实验需求，结构简单、使用方便。

2、该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后滑动、振动滑动的摩擦阻力，振动参数对减阻的影响规律提供手段，为在实际应用过程中提供依据。

附图说明

图1 为本发明的整体结构示意图；

图2 为本发明的局部结构示意图；