[发明专利]一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法

权利要求书

1.一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：包括空压机（1），缓冲罐（2），调节阀（3），压力表（4），三通接头（5），流量计（6），转接头（7），固定板（8），内管（9），外管（10），激光位移传感器（11），固定夹具（12），机架（13），电缆（14），电脑（15），弯接头120°（16），弯接头150°（17），伸缩油缸（18）；所述空压机（1）产生大量高压高速气流，通过缓冲罐（2）和调节阀（3）调节所需要的气压气量，气体均匀的流过压力表（4）、流量计（6）传输到内管（9），输气管路为密封结构，可高度模拟井下真实通气状态，使固定流速的气体通入内管(9)，具有一定流速的气体在通过内管（9）时引起内管（9）振动，产生一定的变形，外管（10）外部布置有一定数量的激光位移传感器（11），将采集到的内管（9）变形数据通过电缆（14）传入电脑（15），然后进行对内管（9）变形数据的分析；

应用所述实验装置进行实况下完井管柱振动变形的实验方法，包括以下几个实验步骤：

S1、调节机架（13）：实验机架包括机座、动力头和模拟井筒，通过调节伸缩油缸（18）进行对0-90度范围内任意位置实现起升和液压自锁；

S2、安装并固定外管（10）、内管（9）：使用固定夹具（12）将外管（10）夹在机架（13）上，竖直段和斜段之间使用弯接头150°（17）连接，斜段和水平段使用弯接头120°（16）连接，将内管（9）布置在外管（10）内，使用固定板（8）固定；

S3、安装激光位移传感器（11）：在外管（10）上安装激光位移传感器（11），多安装几组，每一组相隔同样的长度，并且每一层上相隔相等的角度安装三个激光位移传感器（11）；

S4、安装通气装置：选择合适量程的调节阀（3）、压力表（4）、流量计（6），将空压机（1）、缓冲罐（2）、压力表（4）、流量计（6）依次连接，并在压力表（4）和缓冲罐（2）之间安装调节阀（3），起到控制气量的作用，内管（9）连接处使用转接头（7）连接；

S5、安装收集数据装置：将激光位移传感器（11）和电脑（15）用电缆（14）连接，以便收集数据；

S6、检查整套装置，无错误就开机调试，使装置能够正常的工作；

S7、启动电脑（15）进行初始状态下的数据采集，待采集到的数据稳定后，启动空压机（1），通过调节阀（3）将流速调到实际情况下的流速，待流速稳定后，收集激光位移传感器（11）传给电脑（15）的变形数据；

S8、处理实验数据：通过激光位移传感器（11）得到的数据，再通过模态分析法得到各个点的位移、振幅，最后得到内管（9）的变形。

2.根据权利要求1所述一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：外管（10）上的多组激光位移传感器（11）环绕于管的四周，且等间距的分布于外管（10）上，通过激光便于更准确的测出内管（9）上各处的变形情况。

3.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述外管（10）使用固定夹具（12）固定在机架（13）上，机架（13）可进行0-90°范围内起落臂架，模拟钻斜井段的任意角度，进而进行水平井的模拟。

4.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述外管（10）由三段组成，分别为真实模拟钻井过程中竖直井、斜井、水平井的竖直段、斜段、水平段。

5.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述竖直段和斜段之间采用弯接头150°（17）连接；斜段和水平段采用弯接头120°（16）连接。

6.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置，其特征在于：外管（10）和机架（13）之间采用固定夹具（12）固连；其中斜段部分6个固定夹具（12）尺寸一样，所形成的斜段和机架上的起落臂成平行；水平段的两个固定夹具（12）尺寸长度不一样，与机架上的起落臂成30°。

7.一种实况下完井管柱振动变形的实验方法，其特征在于，应用权利要求1-6中任意一项所述的实况下完井管柱振动变形的实验装置进行，具体使用过程包括以下几个实验步骤：

S1、调节机架（13）：实验机架包括机座、动力头和模拟井筒，通过调节伸缩油缸（18）进行对0-90度范围内任意位置实现起升和液压自锁；

S2、安装并固定外管（10）、内管（9）：使用固定夹具（12）将外管（10）夹在机架（13）上，竖直段和斜段之间使用弯接头150°（17）连接，斜段和水平段使用弯接头120°（16）连接，将内管（9）布置在外管（10）内，使用固定板（8）固定；

S3、安装激光位移传感器（11）：在外管（10）上安装激光位移传感器（11），多安装几组，每一组相隔同样的长度，并且每一层上相隔相等的角度安装三个激光位移传感器（11）；

S4、安装通气装置：选择合适量程的调节阀（3）、压力表（4）、流量计（6），将空压机（1）、缓冲罐（2）、压力表（4）、流量计（6）依次连接，并在压力表（4）和缓冲罐（2）之间安装调节阀（3），起到控制气量的作用，内管（9）连接处使用转接头（7）连接；

S5、安装收集数据装置：将激光位移传感器（11）和电脑（15）用电缆（14）连接，以便收集数据；

S6、检查整套装置，无错误就开机调试，使装置能够正常的工作；

S7、启动电脑（15）进行初始状态下的数据采集，待采集到的数据稳定后，启动空压机（1），通过调节阀（3）将流速调到实际情况下的流速，待流速稳定后，收集激光位移传感器（11）传给电脑（15）的变形数据；

S8、处理实验数据：通过激光位移传感器（11）得到的数据，再通过模态分析法得到各个点的位移、振幅，最后得到内管（9）的变形。