[发明专利]高频扭转冲击钻具冲击参数测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种高频扭转冲击钻具冲击参数测试装置及方法，其装置由动力系统、泥浆循环系统、冲击系统及数据采集系统组成，装置主要测试高频扭转冲击钻具在不同流量下的冲击参数，包括冲击频率、冲击力以及冲击作用时间；其方法通过逐步增大柴油机转速以改变泥浆泵冲程，从而测定不同流量下的冲击参数，冲击参数的采集通过由冲击传感器及PLC控制系统等元件组成的数据采集系统实现。本发明成本低且操作方便，可精确测量高频扭转冲击钻具的冲击参数，发明采用真实泥浆作流体介质，测试结果可直接用于现场生产。

技术领域

本发明涉及一种高频扭转冲击钻具冲击参数测试装置及方法，属于石油勘探开发领域。

背景技术

在石油天然气勘探开发中，钻井费用占石油生产综合成本的大部分，钻井技术水平直接影响油气勘探开发效益。随着石油工业的发展，深井超深井勘探开发的比例正逐步增加。深部硬地层的快速钻进是深井超深井钻井中的一大技术难题，是制约深井超深井钻井发展的技术关键。随着井深的增加，岩石的硬度和塑性增大，可钻性变差。常规钻井技术在钻深部硬地层时不但钻井效率低，还频繁出现由振动引起的钻具失效。高频扭转冲击钻井是一种新兴的钻井技术，它是指在钻头的上方连接一个高频扭转冲击钻具，用于给钻进中的钻头提供低幅高频扭转冲击，从而提高机械钻速。

目前国外对高频扭转冲击钻具的研究主要集中于美国联合金刚石公司的产品TORKBUSTER，国内单位近年来报道了多种扭转冲击钻井工具结构(例如ZL200910058083.9、ZL201010511421.2和ZL201310698227.3等)。由于国外公司技术保密等方面的原因，有关高频扭转冲击钻具方面的研究资料较少，其实验方面的研究资料更少。为促进深部硬地层快速钻进的发展，自主研发扭转冲击钻具是一项重要而又紧迫的工作。高频扭转冲击钻具作为一种新产品，对其进行整机试验并测量其工作参数是必不可少的。

发明内容

本发明的目的是：为了实现高频扭转冲击钻具冲击参数的测试，从而指导工具设计及其使用，特提出一种高频扭转冲击钻具冲击参数测试装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：高频扭转冲击钻具冲击参数测试装置，由动力系统、泥浆循环系统、冲击系统及数据采集系统组成，其特征在于：动力系统包括柴油机、风机、离合器和电线组成，所述柴油机为动力系统的动力源，柴油机与风机共同控制离合器从而控制泥浆泵的开闭及排量；泥浆循环系统包括泥浆池、泥浆泵、控制阀及软管，所述泥浆泵与高频扭转冲击钻具上接头间的连接以及旋转密封接头与泥浆池间的连接都采用软管；冲击系统包括高频扭转冲击钻具、冲击接头、冲击臂、旋转密封接头、深沟球轴承及密封圈，所述高频扭转冲击钻具固定于试验台架上，冲击接头与高频扭转冲击钻具的传动轴通过螺纹连接，冲击臂固定于冲击接头上，旋转密封接头与冲击接头通过深沟球轴承连接，冲击接头与旋转密封接头连接处设有两个密封圈；数据采集系统包括流量计、冲击传感器、电荷放大器、PLC控制系统及电线，所述流量计设置于泥浆泵与高频扭转冲击钻具连接的管线中，冲击传感器固定于试验台架上紧邻冲击臂的位置，高频扭转冲击钻具内部产生的高频扭转冲击通过冲击臂传递，冲击臂直接对冲击传感器产生动态冲击力，冲击传感器与PLC控制系统间设有电荷放大器，PLC控制系统可采集冲击传感器及流量计的数据。

2.高频扭转冲击钻具冲击参数测试方法，其特征在于包括以下步骤：①测试准备工作，包括将高频扭转冲击钻具固定于试验台架上、向泥浆池充入泥浆、连接试验装置、检查装置；②启动柴油机预热10-15分钟，启动PLC控制系统，控制柴油机上用于控制风机的开关处于关闭状态，管路中的控制阀也处于关闭状态；③打开控制阀，启动风机，控制柴油机以100转/分的转速运转；④稳定运转10分钟，记录保存PLC控制系统中不同流量下的冲击参数，包括冲击频率、冲击力以及冲击作用时间；⑤调节柴油机转速以改变泥浆泵冲程从而改变循环流量，使柴油机转速以100转/分的增幅逐渐增大，直至柴油机转速达到800转/分，此过程中对应不同的柴油机转速都重复步骤④；⑥测试结束，依次关闭风机、柴油机及控制阀，拆下测试装置。