[发明专利]动态指向式旋转导向钻井工具性能测试试验台

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述问题，本发明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，本发明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。