[发明专利]水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置

权利要求书

1.一种水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，包括实验井架、井身模拟系统、地面驱动系统、井底驱动系统、数据采集系统、钻井液循环系统；

所述实验井架包括水平井架、垂直井架、弧形导管架，所述垂直井架设置在所述水平井架的左端上表面，所述弧形导管架包括依次首尾相连的水平面、垂直面和弧形面，所述弧形导管架的水平面与所述水平井架可拆卸相连，所述弧形导管架的垂直面与所述垂直井架的右侧面可拆卸相连；

所述井身模拟系统包括设置在所述实验井架上的井筒和设置在所述井筒内的钻柱，所述钻柱采用铅管，所述钻柱上设有多个光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器沿所述钻柱的轴向上均匀设置多个，所述钻柱的同一径向上设有至少六个所述光纤光栅传感器，同一径向上的一对相对的两个切点上沿所述钻柱的轴向各设置一个所述光纤光栅传感器，另一对相对的两个切点上各设置两个所述光纤光栅传感器，且两个所述光纤光栅传感器呈90°设置；所述井身模拟系统的顶端与所述地面驱动系统相连，所述井身模拟系统的底端与所述井底驱动系统相连，所述井底驱动系统对所述钻柱施加反扭矩并测得所述反扭矩的大小；

所述地面驱动系统设置在所述实验井架上，所述地面驱动系统包括加压电机和驱动电机，所述驱动电机与所述钻柱相连，驱动所述钻柱进行扭摆钻井。

2.根据权利要求1所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，还包括与所述实验井架相连的提升系统，所述地面驱动系统与所述提升系统相连，所述地面驱动系统通过所述提升系统可在所述实验井架上滑动。

3.根据权利要求2所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，所述提升系统包括依次相连的起升电机、钢丝绳、滑轮、上滑轮座、滑动板和下滑轮座，所述滑轮设置在所述垂直井架的顶部，所述地面驱动系统设置在所述滑动板上，通过所述提升系统能够使所述地面驱动系统在0～90°范围内转动并固定。

4.根据权利要求3所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，所述垂直井架的右侧面的相对的两根支架上设有滑槽，所述上滑轮座包括座体一，所述座体一的前后两端设有与所述滑槽相匹配的滚轮一，所述滚轮一设置在所述滑槽内，所述座体一的顶部设有耳板一，所述耳板一上设有通孔一，所述钢丝绳穿过所述通孔一与所述上滑轮座固定相连，所述座体一的右表面设有两块耳板二，所述滑动板的顶部设有耳板三，所述耳板二与所述耳板三之间通过螺栓与螺帽可拆卸相连；所述下滑轮座包括座体二，所述座体二的前后两端设有滚轮二，所述滚轮二设置在所述水平井架一的上表面，所述座体二的上表面设有两块耳板四，所述滑动板的底部设有耳板五，所述座体二前后两端的下表面设有耳板六，所述耳板四、耳板五、耳板六上均设有通孔二，所述水平井架的侧壁沿轴线设有多个通孔三，所述耳板四与所述耳板五之间、所述耳板六与所述水平井架之间均通过螺栓和螺帽可拆卸相连。

5.根据权利要求3所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，所述加压电机通过固定座一设置在所述滑动板上，所述加压电机的输出端与丝杠相连，所述固定座一的前后两端设有与所述丝杠平行的滑动杆，所述滑动杆的长度大于所述丝杠的长度，所述滑动杆的另一端与固定座二相连，所述固定座二设置在所述滑动板上，所述丝杠和所述滑动杆上设有滑块，所述滑块的顶部设有固定座三，所述驱动电机设置在所述固定座三上，所述驱动电机的输出端依次与扭矩传感器和拉压力传感器相连。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，所述水平井架包括从左至右设置的水平井架一和水平井架二，所述水平井架一包括平行对称设置的第一导轨和第二导轨；所述水平井架二包括底座，所述底座的上表面设有导向块，所述导向块上设有与所述井筒匹配的导向孔。

7.根据权利要求6所述的水平井扭摆钻井钻柱动力学模拟实验装置，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导轨为工型。