[实用新型]水平井钻柱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应用于石油领域中对水平井钻柱动力学行为进行研究的水平井钻柱试验装置。

背景技术

钻柱作为钻井系统的重要部分，是决定钻井工艺是否成功的关键因素。当前针对钻柱的研究主要集中在竖直井和水平井底部钻具组合上，缺乏对水平井整体钻柱动力学的研究。水平井钻井过程中，钻杆处于超低刚度状态运行，钻柱的形变、振动和与井壁的接触摩擦，相对于垂直井更为复杂。在钻井过程中，钻柱由于承受交变载荷会产生较大的应力突变，常常过早失效，易引发不同程度的钻柱井下断裂事故，损失巨大。对于钻柱试验装置，国内石油类大学设计建造的多是竖直井钻柱试验装置，石油大学（北京、华东）分别设计建造了水平井底部钻柱运动状态的模拟试验装置，这两台试验装置是针对底部钻柱运动状态的研究，没有考虑整体钻柱的运动状态，而且装置未引入流体和径向阻尼因素，很难实现对水平井钻柱动力学行为的有效研究。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种水平井钻柱动力学行为研究试验台，该种试验台可有效模拟钻压、转速、扭矩、钻井液和井下环境，可实现水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据。

本实用新型的技术方案是：该种水平井钻柱动力学行为研究试验台，由钻压系统、旋转系统、检测系统、井液循环系统、杆柱系统和井下模拟系统组成，其中所述的钻压系统包括1号伺服电机和1号行星轮减速器，1号行星轮减速器的输出轴通过弹性联轴器连接丝杠，丝杠上装有丝杠滑座，丝杠滑座通过螺栓固定在1号平台上，丝杠通过轴承座支撑旋转，1号平台安装在1号导轨上，可实现轴向移动；所述的旋转系统包括2号伺服电机和2号行星轮减速器，2号行星轮减速器输出轴通过对接法兰与扭矩传感器连接，扭矩传感器通过对接法兰与进水杆柱连接，进水杆柱与钻杆通过螺纹连接；所述的检测系统包括一只扭矩传感器、3组6只电涡流位移传感器和1只压力传感器，2只电涡流位移传感器呈x、y方向安装在电涡流位移传感器支架上，构成一组径向检测装置，可检测3个不同截面上的径向位置，电涡流位移传感器支架固定在支撑桌上；

所述的井液循环系统包括水箱，内置水泵，流量计通过管线和进水转换头接入循环系统，压力表通过管线和有机玻璃管接入循环系统，进水杆柱、钻杆、出水杆柱和有机玻璃管组成了井液循环的通道；所述的杆柱系统包括进水杆柱、钻杆和出水杆柱，相互之间通过螺纹连接，杆柱外部套有有机玻璃管，通过有机玻璃管支架固定，进水杆柱、钻杆、出水杆柱和有机玻璃管同轴安装；所述的井下模拟系统包括激振器、磁粉制动器和有机玻璃管，激振器模拟不规则井底对钻柱的轴向振动，磁粉制动器为钻柱提供径向阻尼，模拟径向振动，磁粉制动器与出水杆柱同轴安装，内壁粗糙处理的有机玻璃管模拟井壁。

本实用新型具有如下有益效果：该水平井钻柱动力学行为研究试验台经过改造完善后，包含6个系统：钻压系统、旋转系统、检测系统、井液循环系统、杆柱系统和井下模拟系统。由钻压系统为钻柱提供钻压；由旋转系统为钻柱提供转速和扭矩；由检测系统检测钻柱的钻压、扭矩和径向位置；由井液循环系统提供井下循环钻井液；杆柱系统是装置的关键部分，既包含在井液循环系统中，又是装置的主体部分；由井下模拟系统实现不规则井底、井壁和径向阻尼的模拟。该装置可以实现对钻压、转速、扭矩、钻井液流速、激振器频率和径向阻尼的控制，便于探究水平井钻柱的动力学行为状态，可有效模拟钻压、转速、扭矩、钻井液和井下环境，可实现水平井钻柱动力学仿真研究，为分析水平井杆柱的运动状态和相关的影响因素提供了可靠的试验数据。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型所述进水杆柱和进水转换头位置的结构剖视图。

图3是本实用新型所述钻压系统和旋转系统的结构示意图。

图4是本实用新型所述井下模拟系统的结构示意图。