[发明专利]水平定向钻钻杆振动受力分析综合实验方法及实验装置

摘要

本发明提供了一种水平定向钻钻杆振动受力分析综合实验方法，首先搭建实验环境，然后状态初始化，接着调节转速、调节轴向拉力、调节扭矩，并模拟孔壁限制，以实时测试不同转速、拉力、扭矩、钻具组合条件下孔内钻杆的振动受力状态。本发明同时提供了一种基于上述方法的水平定向钻钻杆振动受力分析综合实验装置，包括水平放置的钻杆和钻具回转系统，还包括拉力扭矩控制系统、应力监测系统、振动位移检测系统和图像采集系统，可以实现不同回转速度、轴向拉力、扭矩、钻具组合条件下钻杆振动受力监测分析，实验系统应用范围大，能够实现位移、应力、空间形态同时采集，实验结果更加真实可靠。

主权项

1.一种水平定向钻钻杆振动受力分析综合实验方法，其特征在于包括以下步骤：(1)搭建实验环境：将钻杆水平放置，钻杆顶端与调速电机连接，钻杆尾端安装扭矩控制器，钢丝绳的一端通过拉力传感器与钻杆端部连接，钢丝绳的另一端悬挂加力砝码，在钻杆尾端放置用于模拟孔壁的设有圆形空心的模拟孔壁支撑架，使钻杆尾端通过模拟孔壁支撑架内部的圆形空心，在钻杆表面安装2组以上电阻式应变片，每组电阻式应变片位于与钻杆轴垂直的平面，沿钻杆轴向延伸方向布置一组振动位移检测器，一个振动位移检测器对应一组电阻式应变片，在钻杆的侧面和上方布置摄像机；(2)状态初始化：利用调速电机控制钻杆轴向转动，利用电阻式应变片采集应力状态数据，利用拉力传感器采集钻杆所受轴向拉力，利用振动位移检测器采集钻杆的位移变化数据，利用摄像机采集钻杆空间形态图像数据；(3)调节转速：利用与调速电机连接的变频器调节调速电机的速度，进而控制钻杆调速，利用电阻式应变片采集应力状态数据，利用拉力传感器采集钻杆所受轴向拉力，利用振动位移检测器采集钻杆的位移变化数据，利用摄像机采集钻杆空间形态图像数据；(4)调节轴向拉力：通过改变加力砝码的数量调节钻杆轴向拉力，利用电阻式应变片采集应力状态数据，利用拉力传感器采集钻杆所受轴向拉力，利用振动位移检测器采集钻杆的位移变化数据，利用摄像机采集钻杆空间形态图像数据；(5)调节扭矩：利用扭矩控制器调节钻杆受到的扭矩，利用电阻式应变片采集应力状态数据，利用拉力传感器采集钻杆所受轴向拉力，利用振动位移检测器采集钻杆的位移变化数据，利用摄像机采集钻杆空间形态图像数据；(6)模拟不同钻具组合：在钻杆上加装扶正器，使扶正器和钻杆形成钻具组合；调整扶正器在钻杆上的位置，或更换不同尺寸扶正器，以模拟不同钻具组合，重复步骤(2)至步骤(5)。