[发明专利]一种适用于钻具姿态测量模块的动态测试装置

说明书

本发明主要属于钻具姿态测量技术领域，具体涉及一种适用于钻具姿态测量模块的动态测试装置。本发明所述动态测试装置包括姿态测量模块测试工装、用于调节方位角的方位角转动装置、用于调节井斜角的井斜角摆动装置、用于带动所述姿态测量模块测试工装旋转的工具面角旋转装置和用于测量所述姿态测量模块测试工装在旋转状态下转速和自转角度的转速测量装置。该测试装置具有承载重量大（30kg）、转速高（最高转速500转/分）、转速可测可控、测试工件方便安装固定、转动平稳的特点，可模拟钻具井下旋转的条件，用于姿态测量模块的动态测试。

技术领域

本发明主要属于钻具姿态测量技术领域，具体涉及一种适用于钻具姿态测量模块的动态测试装置。

背景技术

在石油和天然气钻井开采过程中，当前钻头的方向信息对于保证在储层中钻进是至关重要的。因此，定向钻井除了使用常规的钻具组合，还需要利用位置传感器测量井下钻具姿态，提供方位角（在水平面上与北向的偏角）、倾角（与垂直方向的偏角，亦称井斜角）和工具面角（相当于导航中的横滚角）信息。对井下钻具姿态的精确测量不但能够保证高效钻遇既定目标，同时也避免造成与相邻井眼的碰撞风险。

目前普遍采用安装在钻头后面10米左右的随钻测量（Measurement WhileDrilling，MWD）系统测量钻具的姿态参数，MWD系统集成了三轴加速度计和三轴磁力计，当进行方位角、井斜角、工具面角测量时，必须停止钻进（即钻具不旋转），即静态测量，虽然能得到准确的姿态参数，但存在时效低、成本高等问题。为了进一步提高钻井效率，实现钻井工具姿态参数的连续、动态、实时测量，是目前钻具姿态测量领域研究的热点。

在钻具姿态测量模块研制过程中，需要在地面搭建测试装置，用于模拟钻具在井下的姿态和旋转的状态，实现仪器的标定、测试和指标验证。

现有的MWD系统标定测试装置主要包括三轴手动无磁转台和三轴电动无磁转台。专利CN202421522U、CN2015897611 U公开的三轴无磁转台和三轴测斜仪校验台均属于手动无磁转台，该类转台在使用时，三个轴向均通过手动调节，利用刻度盘读数，当转动到设定角度时，锁紧被测工件，然后对被测件进行测试，这类转台只能用于静态标定和测试。专利CN103837161A和CN202017484U公开的三轴无磁校验台只是将读数方式由机械刻度盘改进为光电编码器或微型摄像头自动读数方式，也只能用于手动静态标定和测试。因此现有三轴手动无磁转台的角度调节通过手动操作，用刻度盘读数，只能用于静态条件测试，不能实现在一定转速下进行动态测试，不能用于姿态测量仪器的动态标定测试。

关于现有的三轴电动无磁转台，专利CN204346451U和204329980U公开了电动三轴无磁转台方案，三个轴向均通过电动调节，但带底座的U型支架主体结构，在重量大、高转速条件下运行不稳定，同时，工具面轴为中空的轴管，两端使用锥套螺母固定，只适用于形状规则的圆杆状被测工件。

因此，为了模拟钻具旋转的状态，实现姿态测量模块的动态测试，需要研制一种能承载重量大（30kg以上）、转速高（最高转速可达500转/分）、转速可测可控、测试工件方便安装固定、能够平稳转动的动态测试装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于钻具姿态测量模块的动态测试装置。被测件装载后可以调节三个姿态角，该动态测试装置采用水平转动平面和垂直平面正交构成的主体结构，使得整个装置体积小，结构稳定，能够适用于重量较大的姿态测量模块的动态测试。该测试装置具有承载重量大（30kg），转速高（最高转速500转/分），转速可测可控、测试工件方便安装固定，平稳转动的特点，可模拟钻具井下旋转的条件，用于姿态测量模块的动态测试。

本发明是通过以下技术方案实现的：