[发明专利]一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法及装置

说明书

本发明涉及一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法及装置，属于煤矿钻探用钻杆综合性能试验领域，在试验钻杆两端分别设置用于模拟钻杆动力端受力状态的扭矩加载系统和用于模拟钻杆钻进端受力状态的负载系统，并设置对试验钻杆加载可控轴向载荷的轴向力加载系统、用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载的径向约束系统，以及对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压的水路加载系统；能够实现对试验钻杆的载荷进行可控、复合动态加载，模拟钻杆在钻进施工稳态与动态负载、钻杆涡动、钻杆振动与共振、以及公转、自转离心力工况条件下的综合性能，解决了现有技术无法模拟钻杆的综合受力与动态载荷模型的问题。

技术领域

本发明属于煤矿钻探用钻杆综合性能试验领域，涉及一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法及装置。

背景技术

随着煤矿瓦斯抽采钻孔、地质超前探测钻孔、水灾害治理与探放水钻孔施工深度逐渐提高，控制与操作方式向着自动化与无人化发展，对钻杆的质量与综合性能提出了更高的要求。因此需要在复杂的受力条件、运动条件下试验检验钻杆的疲劳寿命、综合载荷下钻杆的稳定性、钻杆多种受力与运动条件下的强度，以检验钻杆能否满足煤矿井下深钻孔的工艺需求，同时为钻孔工艺的设计提供理论依据。

目前针对煤矿用钻具的试验方法多借用管状材料抗扭强度的试验装置与检验方法，没有专门用于煤矿用钻具综合性能检验的试验装置与方法，现有油气井领域对所使用钻具的试验检测方式为单一载荷的加载和静态载荷加载，无法模拟钻杆的真实工况，不能对试验钻杆进行疲劳寿命、动态响应、密封性、振动、综合受力的强度等综合性能进行试验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法及装置，以实现模拟钻杆的综合受力状态。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法，在试验钻杆两端分别设置用于模拟钻杆动力端受力状态的扭矩加载系统和用于模拟钻杆钻进端受力状态的负载系统，并设置对试验钻杆加载可控轴向载荷的轴向力加载系统、用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载的径向约束系统，以及对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压的水路加载系统；通过扭矩加载系统、轴向力加载系统、径向约束系统、负载系统和水路加载系统对试验钻杆的载荷进行可控、复合动态加载，模拟钻杆在钻进施工稳态与动态负载、钻杆涡动、钻杆振动与共振、以及公转、自转离心力工况条件下的综合性能。

可选地，对试验钻杆同时施加的复合、可控的模拟复合载荷，包括扭矩、推进力、钻孔对钻杆的径向位移约束与动态径向力、孔底钻杆切削岩石动态反扭矩、动力水压载荷，以实现多载荷与约束组合的可控、动态加载。

可选地，径向约束系统约束试验钻杆的弯曲半波、公转半径和径向位移，以模拟加载施工中钻杆受到的半波约束、公转约束和径向位移约束。

可选地，径向约束系统包括3个以上的径向约束装置，径向约束装置对试验钻杆的径向限位按照钻孔直径与钻杆直径的组合配置，径向约束装置对试验钻杆的约束距离等于试验钻杆与实验参数匹配产生的半波长，或等于试验钻孔对钻杆约束的长度。

可选地，轴向力加载系统根据推进切削阻力、滑动摩阻、钻孔约束瞬态冲击与周期性变载，模拟输出稳态或动态推进力，通过推力测量装置检测输出推力，反馈控制推进力的加载。

可选地，水路加载系统由加压水路、加载水泵和水路负载系统组成，并通过加载水泵加载试验所需的水压，通过加压水路传递至试验钻杆，由水路负载系统调节其流量和水压的冲击。

可选地，负载系统根据钻孔内切削反扭矩、旋转与滑动瞬态摩阻、钻孔对钻杆径向约束产生的周期性、瞬间冲击载荷，模拟输出稳态扭矩、动态变载扭矩、冲击扭矩、周期性冲击扭矩，并通过对试验钻杆转矩、转速的检测实现对扭矩加载系统、负载系统进行反馈控制。