[发明专利]一种滑动导向钻井模拟系统

权利要求书

1.一种滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述系统包括：管柱模拟系统、加载系统、测量系统、控制系统和固连系统；

所述管柱模拟系统，用于模拟井筒和位于所述井筒中的钻柱；其中，所述管柱模拟系统还包括：玻璃管和合金丝；

所述玻璃管，用于模拟所述井筒；

所述合金丝，用于模拟所述钻柱；

其中，所述合金丝穿过并依附在所述玻璃管内侧；所述玻璃管为有机玻璃管，所述合金丝为钛镍合金丝；

所述加载系统，用于将所述管柱模拟系统模拟的钻柱进行环向上的角度加载以模拟顶驱，并进行轴向上力的加载以模拟钻压；所述加载系统包括：第一电机、丝杠、加载轴、长轴承、短轴承和第二电机；其中，所述丝杠与所述第一电机的输出轴连接，将所述第一电机的转动转化为轴向位移，以实现轴向力的加载；所述长轴承和所述短轴承用于支撑所述加载轴；所述第二电机与所述加载轴的输出端相连，以实现环向角度加载；

所述测量系统，用于测量所述钻柱向所述环向进行角度加载后所述钻柱的末端的转角，作为模拟工具面角，并测量所述钻柱向所述轴向进行力的加载后所述钻柱两端所受到的力；其中，所述末端是指所述钻柱的两端中除加载端外的另一端，所述加载端是指进行角度加载和力的加载的一端；

所述控制系统，用于实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制，并根据所述钻柱两端所受到的力获取滑动导向钻井的模拟控制参数；

所述固连系统，用于实现对所述管柱模拟系统、所述加载系统、所述测量系统以及所述控制系统的连接及支撑。

2.根据权利要求1所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述加载系统还包括：左限位开关和右限位开关；

所述左限位开关和右限位开关用于限制所述加载轴水平方向的位移，当所述加载轴的位移超过所述左限位开关和所述右限位开关的限值时触发开关，使所述第一电机自动停止。

3.根据权利要求2所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述测量系统包括：光电编码器、第一力传感器、第二力传感器和信号电缆；

其中，所述光电编码器用于测量所述钻柱的末端的转角，所述第一力传感器用于测量所述合金丝的末端的轴向力，所述第二力传感器用于测量所述合金丝的加载端的轴向力，所述信号电缆用于将所述光电编码器、所述第一力传感器和第二力传感器连接到所述控制系统。

4.根据权利要求3所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述控制系统包括：工控机；

其中，所述工控机分别与所述第一电机、所述第二电机、所述光电编码器、所述第一力传感器以及所述第二力传感器相连。

5.根据权利要求4所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述控制系统实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制包括：

所述工控机采集所述光电编码器发送的信号；

所述工控机获取所述光电编码器发送的信号中包含的所述钻柱的末端的转角，并获取所述第二电机实施所述环向角度加载时的加载角度；并将所述钻柱的末端的转角和所述加载角度分别作为反馈控制的输出和输入；

所述工控机向所述第二电机发送关于所述反馈控制的控制指令，以通过旋转模拟顶驱调整工具面。

6.根据权利要求4所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述滑动导向钻井的模拟控制参数包括：模拟钩载、模拟钻压、模拟游车速度和位移；

所述控制系统实现对所述测量系统所测数据的采集以及对所述加载系统的控制，并根据所述钻柱两端所受到的力获取工具面的控制参数包括：

所述工控机向所述第一电机发送控制指令，并采集所述第一力传感器和所述第二力传感器发送的信号；

所述工控机分别获取所述第一力传感器和所述第二力传感器发送的信号中所包含力的大小，并获取所述第一电机的速度和位移信号，以根据所获取的两个力的大小计算出所述模拟钩载和所述模拟钻压，并根据所述第一电机的速度和位移信号计算出所述模拟游车速度和位移。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的滑动导向钻井模拟系统，其特征在于，所述固连系统包括：底座、卡箍、支撑螺杆、角铁、连接件、支撑接头、左支座、右支座、铰链固定件、转接头、第一轴承座、第二轴承座、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、第五联轴器和支撑块；

其中，所述卡箍用于将所述玻璃管固定在所述支撑螺杆上并可调节高度，所述支撑螺杆穿过所述卡箍并与所述支撑接头固连，所述角铁通过螺钉固连在所述底座上，作为挡板位于整个所述滑动导向钻井模拟系统的末端；

所述连接件通过螺钉固定在所述底座两侧，用于安装所述第一电机，所述支撑接头通过螺钉固定在所述底座上，并与所述支撑螺杆通过螺纹连接；

所述左支座和所述右支座通过螺钉固定在所述底座上，分别用于支撑所述第二轴承座和所述第一轴承座；

所述铰链固定件安装在所述丝杠的螺母座上，并通过铰链与所述转接头相连，所述转接头用于连接所述加载轴与所述铰链固定件；

所述第一轴承座和所述第二轴承座位于所述丝杠的两端，用于支撑所述丝杠，所述第二轴承座还同时为所述长轴承提供安装位置；

所述第一联轴器位于所述第二电机的输出轴与所述第一力传感器之间，起连接作用；所述第二联轴器位于所述第一力传感器与所述合金丝加载端之间，起连接作用；所述第三联轴器位于所述合金丝末端与所述第二力传感器之间，起连接作用；所述第四联轴器位于所述第二力传感器和所述角铁之间，起连接作用；所述第五联轴器位于所述第一电机输出轴和所述丝杠之间，起连接作用；

所述支撑块通过螺钉固定在所述底座上，并为所述短轴承提供安装位置。