[实用新型]钻柱与钻井液耦合动力学行为研究试验台

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种钻柱与钻井液耦合动力学行为研究试验台。

背景技术：

几十年来，许多从事直井防斜、井眼轨迹控制和研究钻柱力学的中外学者基于不同的研究目标和研究方法，提出了钻柱在井眼中存在“自转”、“同步公转”、“既有自转也有公转”、“反向转动”等不同运动状态的假设，并提出了许多对工程实践具有指导意义的论点；同时在钻井作业中，经常遇到钻柱的振动现象，钻遇地层的岩性硬度等状况越复杂，钻柱的振动问题也越难以解决。对于钻柱试验装置，石油大学的管志川等人设计建造了直井底部钻柱试验装置。该试验装置未能引入流体，仅能模拟无流体的钻柱动力学行为。

实用新型内容：

为了克服背景技术中的不足，本实用新型提供一种钻柱与钻井液耦合动力学行为研究试验台。该试验台结构简单巧妙，可进行固体、流固耦合的动力学行为研究，也可进行不同轴向力、不同转速、不同循环流体条件下运动特征的实验研究，为进一步了解和分析井下旋转杆柱的实际运动状态及其影响因素提供了可靠的试验装置。

本实用新型的采用的技术方案是：该钻柱与钻井液耦合动力学行为研究试验台由悬挂系统、旋转系统、杆柱系统、循环系统和井底模拟系统组成。

所述的悬挂系统包括空心悬挂体，悬挂体上端由螺钉连接有上压盖，悬挂体内有心管，悬挂体与心管之间依次安装有V形密封圈和单向推力球轴承，单向推力球轴承下方的心管上螺纹连接有螺母，悬挂体下部固定有螺帽，悬挂体上部连接有提环。

所述的旋转系统包括花键套与大皮带轮，花键套与心管连接，花键套外壁通过螺栓连接有大皮带轮，大皮带轮下部外壁安装有轴承、轴承座、支架板及锁紧螺母，大皮带轮通过三角皮带与小皮带轮连接，小皮带轮由电机驱动。

所述的杆柱系统包括心管，心管下端通过调整接头连接有内杆柱，内杆柱外有外管，内杆柱底端连接有尾管，尾管壁上有孔。

所述的循环系统包括出水管线和进水管线，出水管线通过接头与内杆柱和外管之间环腔相通，出水管线的末端置于水箱内，进水管线的一置于水箱内，其另一端通过短接由悬挂体内通道与心管相通。

所述的井底模拟系统包括底架，底架上安装有激振器，激振器上连接有压力传感器，压力传感器通过单向推力球轴承A及轴承座A与杆柱系统的尾管连接。

本实用新型具有如下有益效果：本新型经过改造与完善，划分为5大系统：悬挂系统、旋转系统、杆柱系统、循环系统、井底模拟系统组成，可实现杆柱的上提、下放、旋转及钻井液循环等动作，可测试4个测试点的横向位移、碰撞接触力以及井底的轴向力、流体的流速等。工作状态下，旋转系统驱动内管柱旋转，激振器进行轴向振动，钻井液循环流过水箱、悬挂系统的进水接头、内管柱、井底、内外管柱间的环空、水箱。试验前，通过悬挂系统的上提、下放来调整模拟钻压，即内杆柱作用在压力传感器的轴向力；工作状态下，旋转系统通过皮带轮带动花键套旋转，进而驱动内管柱旋转，转速的大小可由变频器来调节；激振器进行轴向振动，压力传感器可测出激振的大小；模拟钻井液循环流过水箱、悬挂系统的进水接头、内管柱、尾管、内外管柱间的环空、水箱，排量可通过变频器控制自吸泵电机的频率、调节回水管路的阀门2种方式来控制。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图中1-提环，2-螺钉，3-上压盖，4-悬挂体，5-螺帽，6-花键套，7-螺栓，8-大皮带轮，9-支架板，10-锁紧螺母，11-心管，12-出水管线，13-尾管，14-放水阀，15-单向推力球轴承A，16-轴承座A，17-压力传感器，18-激振器，19-底架，20-内杆柱，21-进水管线，22-外管，23-接头，24-调整接头，25-轴承座，26-轴承，27-流量表，28-压力表，29-螺母，30-二通阀，31-水泵，32-单向推力球轴承，33-V形密封圈，34-水箱，35-短接，36-电机，37-三角皮带，38-小皮带轮，39-固定卡子。

具体实施方式：

下面对本实用新型作进一步说明：该钻柱与钻井液耦合动力学行为研究试验台，其特征在于：由悬挂系统、旋转系统、杆柱系统、循环系统和井底模拟系统组成。