[发明专利]一种钻柱摩阻扭矩测试试验装置

说明书

一种钻柱摩阻扭矩测试试验装置，包括钻压加载系统、旋转系统、井身模拟系统、检测系统；钻压加载系统包括伺服电机一，伺服电机一通过同步轮连接同步带从而带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠与滑台相连，滑台沿滚珠丝杠上下运动；旋转系统包括设置在滑台上的伺服电机二，伺服电机二通过联轴器连接钻柱使其进行旋转运动；井身模拟系统包括钻柱，钻柱底部连接井筒一端，井筒另一端连接钻头；检测系统包括安装在钻柱水平段的位移传感器、压缩力传感器，钻柱竖直段和水平段的动态扭矩传感器、拉压力传感器；钻头端部设置有可钻性装置；本发明具有操作简单，易于实现的特点。

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井技术领域，特别涉及一种钻柱摩阻扭矩测试试验装置。

背景技术

钻柱摩阻扭矩是影响水平井、大位移井钻井效率的主要因素，准确的摩阻扭矩是优化钻井作业参数，实现高效、快速、成功钻井的关键。然而现有摩阻扭矩理论模型由于假设较多，导致计算值与其真实值相差较大、模型无法准确反映钻柱的力学行为。因此，试验研究成为促进理论模型持续完善，获得钻柱真实静力学、运动学和动力学行为的重要途径。现有试验装置仅考虑了钻柱与井筒在水平井段的相互作用、忽略了钻柱与井筒在竖直井段和弯曲井段的相互作用对钻柱力学行为的影响，所以目前的试验研究迫切需要一种可以模拟完整全井身的钻柱摩阻扭矩测试试验装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钻柱摩阻扭矩测试试验装置，基于相似原理，结合静力学分析、运动学分析和动力学分析，设计可以模拟不同井身结构的钻柱摩阻扭矩试验装置，本钻柱摩阻扭矩测试试验装置包含垂直井段、弯曲井段和水平井段，因此该试验装置能够模拟完整全井身结构内钻柱的运动状态，具有操作简单，易于实现的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻柱摩阻扭矩测试试验装置，包括钻压加载系统、旋转系统、井身模拟系统、检测系统；

所述的钻压加载系统包括伺服电机一1，伺服电机一1通过同步轮2连接同步带3从而带动滚珠丝杠4旋转，所述的滑台5与滚珠丝杠4上螺母相连接，滑台5随滚珠丝杠4沿机架上下运动；

所述的旋转系统包括设置在滑台5上的伺服电机二8，伺服电机二8通过联轴器9连接钻柱11使其进行旋转运动；

所述的井身模拟系统包括钻柱11，钻柱11底部连接井筒13一端，井筒13另一端连接钻头23；

所述的检测系统包括安装在钻柱11水平段的位移传感器17、压缩力传感器22，钻柱11竖直段和水平段的动态扭矩传感器18、拉压力传感器20；

所述的钻头23端部设置有可钻性装置24。

所述的井筒13上设置有用于调整不同井斜角和方位角的井身结构的井筒夹具12，井筒夹具12安装在装置机架上，井筒13在竖直段，弯曲段和水平段通过井筒夹具12进行固定，通过调节井筒夹具12的角度与伸缩长度。

所述滑动轴承6将滑台5安装在机架上。

所述的滚珠丝杠4上设置有限制滑台5上下运动的限位开关7，滑台5通过滑动轴承6安装在机架上。

所述的联轴器9上设置有联轴器顶板10。

所述的钻柱11为PVC管，所述的井筒13为有机玻璃管。

所述的伺服电机一1和伺服电机二8型号为LCMT-15M02-130M10015；拉压力传感器20型号为小型S型测力传感器U10J；动态扭矩传感器18型号为中航CKY-810；位移传感器17型号为Li500P1-Q25LM1-ELIUPN8X3-H1151；压缩力传感器22型号为VC09；限位开关7型号为TM1307。

本发明的有益效果：