[实用新型]一种动态指向式旋转导向钻井工具动态加载试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于石油钻井工程领域，具体涉及一种动态指向式旋转导向钻井工具动态加载试验装置。

背景技术

为了满足油气资源勘探开发的要求，大位移井、三维多目标多分支井、长水平段水平井等复杂结构井越来越多。常规钻井技术已经不能满足复杂井钻井工艺的技术要求，其钻井效率低下、井眼净化差、井深质量差、井下复杂情况频发等诸多问题严重影响着我国钻井事业和石油开采技术的发展。因此旋转导向钻井技术应运而生，即采用旋转导向钻井系统在旋转钻井方式下实现井斜和方位的调整，配合随钻测量技术的井下控制技术，在进行井下测量信息实时反馈的同时，自动调整井下工具的造斜能力，实现复杂井眼轨迹的连续和自动控制，提高钻井效率和开发效益。国外石油公司根据各种偏置原理研发出了多种类型的旋转导向钻井系统，并已经成功进行了商业化应用，取得了很高的经济效益。国内在这方面的研究起步较晚，还未研发出能够成功商业化应用的旋转导向钻井工具。国内研究机构在国外技术的基础上也进行了旋转导向钻井装置的研究，虽然在原理上都能实现定向钻井和方位调整，但由于缺乏实验方面的研究，很多关键技术仍无法突破。目前还没有针对动态动态指向式旋转导向钻井工具的试验模拟装置，无法进行试验研究。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型目的在于提出一种动态指向式旋转导向钻井工具动态加载试验装置，在实验室条件下真实模拟动态指向式旋转导向钻井工具在加载之后的导向能力，以及动态指向式旋转导向钻井工具控制性能，从而验证动态指向式旋转导向钻井工具的可靠性。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种动态指向式旋转导向钻井工具动态加载试验装置，包括机架、钻头、负载轴、负载轴和液压马达；液压马达的输出轴与负载轴连接，将扭矩传递给负载轴，负载轴端安装有向心球轴承球，油缸通过向心球轴承球安装在负载轴上，油缸用于给负载轴提供轴向力，油缸包括油缸空心轴和油缸体，环形的挡圈通过螺栓与油缸的油缸体连接，挡圈上沿周向均匀安装有多个万向滚珠，万向滚珠一侧安装有用来抵消液压油缸给工具施加轴向力的挡板，挡板安装在机架上，挡板与万向滚珠的接触面为球面；

负载轴另一端与通过法兰钻头连接，将扭矩传递给钻头；负载轴上通过推力球轴承安装有用来测量负载轴轴向力大小的压力传感器。

进一步，油缸体套在油缸空心轴上，油缸空心轴和油缸体之间形成两个油腔，一个油腔开有进油孔，另一油腔开有出油孔。

进一步，油缸空心轴和油缸体的两个油腔之间设有O型密封圈，油缸空心轴和油缸体连接的端部设有毡圈油封，且毡圈油封内部与油缸空心轴接触部分和毡圈油封外部与油缸体接触部分都有O型密封圈。

进一步，输出轴与负载轴之间设有平键一。

进一步，负载轴通过平键二与法兰一连接，将扭矩传递给法兰一，法兰一与法兰二通过螺栓连接，法兰一与法兰二中间加有平键三，法兰二通过平键四与钻头连接。

进一步，油缸空心轴一端设置有透盖，透盖通过螺栓与负载轴连接，用来传递轴向力。

进一步，油缸通过向心球轴承球安装在负载轴上。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可用于研究动态指向式旋转导向钻井工具在加载后的导向能力、工具的控制性能、动态指向式旋转导向钻井工具的可靠性，为旋转导向钻井工具的研究提供理论依据。

2、本实用新型的轴向加载装置采用液压加载，能够为动态指向式旋转导向钻井工具提供近似钻井状况的轴向载荷，该装置由油缸体和油缸空心轴以及密封件组成，可实现模拟钻压的均匀加载、卸载。采用液压进行轴向力加载能够达到实际钻井载荷，再者液压加载能够更为精确的控制加载力的大小。

3、本实用新型的扭矩装置采用液压马达，液压马达可提供实际钻井的扭矩，采用液压马达用来提供扭力阻尼，在柱塞不受侧向力作用，缸体产生倾覆力矩较小，可提供较大的扭矩。

4、本实用新型测量装置中的压力传感器在实验过程中可实时感应和测量轴向压力，并通过信号电缆将数据传至数据处理装置进行处理。

5、本实用新型的固定装置机架上开有均布的螺栓孔，可以满足不同长度尺寸的旋转导向钻井工具的试验研究。同时机架上也可以安装其他实验装置进行其他方面的实验研究。

6、本实用新型的轴向反作用力抵消装置，能够抵消钻头在导向偏摆时液压缸给钻头施加的轴向力，同时能够抵消钻头在有一定的偏摆角度时液压缸给钻头施加的轴向力。轴向反作用力抵消装置上安装有万向滚珠，能够减小钻头在各个方向偏摆的过程中产生的摩擦力。