[发明专利]一种下部钻具组合动力学特性模拟实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种下部钻具组合动力学特性模拟实验装置，解决了现有技术中的钻具特性模拟实验装置无法对小井斜角钻进进行模拟的技术问题。它包括水平板（19），水平板（19）的一端铰接固定底板（1），水平板（19）通过滑槽（9）滑动连接两组提升装置，提升装置连接在固定底板（1）下；固定底板（1）上的驱动电机（2）和加压电机（7）上连接钢绳（15）；驱动电机（2）上连接模拟钻柱（3），设有应变片的模拟钻柱（3）位于模拟井壁（4）中；应变片（16）依次与动态应变仪（13）和电脑（14）电连接。本发明通过加压电机（7）、提升装置进行钻进角度和压力的模拟，通过应变片（16）、动态应变仪（13）和电脑（14）收集和处理实验数据。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种下部钻具组合动力学特性模拟实验装置及方法。

背景技术

在石油开采时，常使用钻具进行钻孔作业，如申请号为CN201820040871.X的一种能精确定位的地下石油开采钻具，包括驱动杆、保护壳、轴承套、连接线、转动杆、精确定位器、卡齿、旋转杆、固定圈套、连接杆、简易拆装装置、钻头、圆球，驱动杆的侧端与轴承套的侧端相贴合，保护壳的内部设有驱动杆，转动杆的外圈与保护壳的内圈相贴合，精确定位器的侧端与旋转杆的侧端相连接，卡齿嵌入安装于保护壳上；所述旋转杆的外圈与固定圈套的内圈相贴合，所述固定圈套嵌入安装于保护壳的内部，所述连接杆的侧端与旋转杆的侧端相连接，所述连接杆的侧端与简易拆装装置的侧端相焊接，所述转动杆的侧端与精确定位器的侧端相连接，所述钻头与圆球为一体化结构，所述连接杆的外表面与保护壳的内表面相贴合。

下部钻具可组合控制井斜角、方位角和钻压等，钻孔作业时，钻具与井壁频繁接触，导致疲劳破坏严重，钻具失效事故频繁发生，因此研究钻柱动力学特性对增加钻具安全性具有重要作用；而在定向井钻井作业稳斜段钻进过程中，下部钻具组合在重力作用下始终贴紧下侧井壁，对钻柱磨损更严重，但现有的钻具特性模拟实验装置无法对小井斜角钻进进行模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种下部钻具组合动力学特性模拟实验装置及方法，以解决现有技术中的钻具特性模拟实验装置无法对小井斜角钻进进行模拟的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种下部钻具组合动力学特性模拟实验装置，包括水平板，所述水平板的一端铰接有固定底板，所述水平板上设有滑槽，所述滑槽中滑动连接有两组提升装置，所述提升装置的上方连接在固定底板的底部；所述固定底板的两端分别安装有驱动电机和加压电机，所述驱动电机和加压电机上连接有钢绳；所述驱动电机上连接有模拟钻柱，所述模拟钻柱的末端连接有钻头，所述固定底板上还安装有岩样夹持器和模拟井壁，所述模拟钻柱位于模拟井壁中，所述岩样夹持器位于加压电机和钻头之间；所述模拟钻柱的外壁上设有应变片，所述应变片与动态应变仪电连接，所述动态应变仪与电脑电连接。

所述提升装置包括轨道滑板，所述轨道滑板的下部安装有滑动轮，所述轨道滑板的上部铰接有电动液压推杆。

所述轨道滑板通过滑动轮滑动连接在滑槽上，所述电动液压推杆的上部连接固定底板的底部。

还包括圆柱销，所述滑槽两侧间隔开设有圆孔，所述圆孔的尺寸与圆柱销的尺寸匹配。

所述模拟钻柱的外壁沿周向90°均匀布设应变片。

所述固定底板上设有固定座，所述固定座的上端通过螺栓连接模拟井壁。

本发明至少可以产生如下技术效果：

本发明通过驱动电机、模拟钻柱、岩样夹持器和模拟井壁来模拟现场作业；通过滑动连接在滑槽上的提升装置来模拟任意大小斜角钻进的情形；通过加压电机调节钢绳的张紧程度来模拟调节钻压；通过应变片、动态应变仪和电脑来收集和处理实验数据；另外，本发明结构简单易于加工，操作灵活性强，测量数据精确，便于成本控制，对于实际作业场景安全可靠。

附图说明