[发明专利]孔底振动模拟试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验台，尤其涉及一种孔底振动模拟试验台。

背景技术

在现有技术中，振动是钻具在钻进过程所碰到的最普遍问题之一。尤其在深孔钻进过程中钻具所表现出的弹性伸缩，使得轴向振动成为钻具振动的主要问题。底部钻具振动主要来源是孔底钻头与岩石的相互作用、上部转盘旋转和孔壁诱发的上部钻具振动，以及两者之间的耦合作用。孔下钻具的振动会使钻头寿命降低乃至损坏，钻具脱扣导致落鱼事故，降低钻速等。设计开发合适的孔下减振器，减少并合理利用底部钻具的轴向振动成为钻探技术的重要发展方向。

由于深孔钻探的特殊性，研究底部钻具振动的有效办法是根据孔下各种振动谱的特征，开展室内的钻具振动与减振特性模拟实验研究，而孔底振动模拟试验台是研究底部钻具振动、孔下减振器的关键测试平台。国内外虽然针对底部钻具的振动作过大量研究，但对于考虑合理振动谱特征、具备模拟孔壁实际阻尼和多种振源的底部钻具振动测试实验平台还未见公开报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够模拟出不同孔底工况以便研究孔底钻具震动的孔底振动模拟试验台。

为实现上述目的，本发明提供一种孔底振动模拟试验台，包括上部激振源、下部激振源、支撑台架和测控单元，所述上部激振源设置在所述支撑台架的上方，所述下部激振源设置在所述支撑台架的下方，在所述支撑台架内设置有一根钻具，所述钻具上端与所述上部激振源连接，所述钻具下端与所述下部激振源连接，所述测控单元安装在所述钻具上。

优选地，所述上部激振源为用以产生轴向激振力的电磁激振器，所述电磁激振器设置在所述支撑台架的上方且与所述钻具上端连接。

优选地，所述下部激振源为一由变频电机驱动的孔底工况模拟曲面盘，所述孔底工况模拟曲面盘与设置在所述支撑台架的下方且与所述钻具下端接触。

优选地，还包括模拟底部钻具约束装置，所述模拟底部钻具约束装置设置在所述钻具下方，所述模拟底部钻具约束装置包括壳体、弹簧和压力调节阀，所述弹簧底端设置在所述壳体底面，在所述弹簧顶端设有压力调节阀，在所述壳体端面开有通孔，所述钻具下端穿过所述壳体端面上的通孔与所述压力调节阀螺纹连接，在所述壳体内填充有阻尼液，所述阻尼液用于模拟带有阻尼的钻进工况。

优选地，在组成所述钻具的每节钻杆上均设置有孔壁约束模拟结构，所述孔壁约束模拟结构包括孔壁模拟块、轴向摩擦阻尼模块和周向扭转阻尼模块，所述钻杆穿过所述孔壁模拟块，所述轴向摩擦阻尼模块和所述周向扭转阻尼模块的一端设置在所述支撑台架上，另一端与所述钻杆接触设置。

优选地，所述轴向摩擦阻尼模块包括分别设置在钻杆两侧的两根带有螺纹的轴向阻力杆，两根所述轴向阻力杆在同一直线上且所在直线通过所述钻杆的轴心，两根所述轴向阻力杆靠近所述钻杆的一端与所述钻杆接触设置，两根所述轴向阻力杆的另一端上设置有螺纹调节套，所述螺纹调节套与所述钢架上设置的拉压力传感器连接，所述轴向阻力杆与所述螺纹调节套螺纹连接。

优选地，所述周向扭转阻尼模块包括分别设置在钻杆两侧的两根带有螺纹的周向扭转阻力杆，两根所述周向扭转阻力杆相互平行且处于两条直线上，两根所述周向扭转阻力杆靠近所述钻杆的一端与所述钻杆接触设置，两根所述周向扭转阻力杆的另一端设置有螺纹调节套，所述螺纹调节套与所述支撑台架上设置的拉压力传感器连接，所述周向扭转阻力杆与所述螺纹调节套螺纹连接。

优选地，所述孔底工况模拟曲面盘转动一周过程中，其表面形状配合所述钻具底端之间的相对运动，模拟出所述钻具钻进过程中的孔底工况。

优选地，所述测控单元包括多个加速度传感器、扭矩传感器、同步数据采集卡和数据处理器，多个所述加速度传感器分别设置在所述钻具的顶部、底部和中部，所述拉压力传感器设置在所述孔壁模拟块内的所述轴向阻力杆上，所述扭矩传感器设置在所述孔底工况模拟曲面盘的传动轴的一端，所述加速度传感器、所述扭矩传感器和所述拉压力传感器均与同步数据采集卡通信连接，同步数据采集卡与所述数据处理器通信连接，所述同步数据采集卡将采集的传感器信号传递至数据处理器进行数据处理。