[发明专利]一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法

权利要求书

1.一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，测试方法步骤如下：

步骤1，测试平台复位：将测试平台各结构功能部件复位，对计算机及软件进行初始化设置；

步骤2，安装被测装置：打开保温罩，将被测装置固定在夹持手爪上，并将紧固螺钉拧紧，最后将保温罩关闭；

步骤3，选取钻井地层类型：根据测试需求，在计算机控制系统中选取所需测试的钻井地层类型；

步骤4，数据检索：计算机控制系统根据所需的钻井地层类型，在数据库中进行检索，如果检索到相应地层的模型数据，则调用该数据；如果用于测试的是未知地层，数据库中没有相关参数数据的，控制系统可以根据实际需要自主预设环境参数并生成相关数据；

步骤5，进行温度设置：温度控制装置由温控传感器和电加热器组成，根据控制系统设定的温度控制信号将自调节装置加热到设定工作温度，并随地层深度增加而继续加热并实时控温，温度控制范围为常温～200℃；

步骤6，进行速度设置：调速液压缸按照控制系统设定的速度变化信号带动自调节DOC装置运动；

加载液压缸按照控制系统设定的速度变化信号输出载荷和运动；

调速液压缸、自调节装置和加载液压缸三者在控制系统指令下相互配合运动，模拟钻井过程中变化的负载，各部件自带传感器，采用负载反馈的闭环控制，用于模拟稳定钻进、粘滞、突然打滑过程中负载的突变；负载加载变化范围为0～100kN，输出速度范围为0～10m/s；

步骤7，在测试过程中，平行光源发射器始终发射平行光；光敏接收器采集每一时刻平行光线的宽度与其对应时刻，并将数据由数据接口传到计算机；

步骤8：计算机处理数据，通过平行光线的宽度与其对应时刻以及指令位置等信息计算得到工作位移、最大速度、响应时间参数指标，按要求绘制相关数据曲线、图表等，并在显示器上实时显示；同时可以按要求格式将数据文件输出保存，用于数据的后续处理应用；显示测试结果，完成性能测试。

2.根据权利要求1所述的一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，被测装置是指PDC钻头自调节装置。

3.根据权利要求1所述的一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，测试平台结构包括测试平台安装支架，安装支架上从左到右依次水平安装设置加载液压缸、被测装置、夹持手爪和调速液压缸，被测装置右侧末端与夹持手爪通过紧固螺钉固定连接，被测装置通过夹持手爪与调速液压缸的活塞杆进行固定连接，连接后被测装置可以同调速液压缸的活塞杆一起运动，被测装置的左侧端部与加载液压缸的活塞杆右侧端部相吻合接触设置，其中加载液压缸与比例溢流阀连接，调速液压缸与比例调速阀连接，工业控制计算机通过PLC控制器与比例溢流阀和比例调速阀相连接，比例溢流阀控制加载液压缸，比例调速阀控制调速液压缸；

夹持手爪上通过连接件固定安装有平行光源发射器和光敏接收器，平行光源发射器和光敏接收器分别位于被测装置的两侧；

平台安装支架中间位置横向设置有可开闭的圆柱筒形保温罩，被测装置、夹持手爪、平行光源发射器及光敏接收器设置在保温罩密闭空间内部，保温罩内上部安装设置有电加热器和温度传感器；

电加热器、温控传感器、平行光源发射器和光敏接收器分别与工业控制计算机相连接。

4.根据权利要求1所述的一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，步骤4中所述的数据包括：钻井地层所对应的环境温度、钻井载荷和钻进速度等，这些数据都是随地层深度变化而实时变化的，是动态变量，由控制系统实时控制；

自主预设环境参数的方法包括：直接输入已知相关参数数据、为各变量调用各种数学函数曲线和为各变量手动输入变化图形曲线。

5.根据权利要求1所述的一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，工业控制计算机通过PLC与比例溢流阀和比例调速阀相连接，比例溢流阀控制加载液压缸，比例调速阀控制调速液压缸；

加载液压缸和调速液压缸上分别装有感应磁环，感应磁环与计算机相连接；电加热器、温控传感器、平行光源发射器和光敏接收器分别与计算机相连接。

6.根据权利要求1所述的一种钻井用PDC钻头自调节装置工作性能测试方法，其特征在于，工业控制计算机中安装有西门子SIMATIC WinCC软件，用于过程监测控制；计算机及软件能够按照要求模拟变化的负载和速度输入信号，为提高控制精度，加闭环反馈控制，并能用各种现代智能控制策略对系统实现控制，如PID模糊控制、自适应控制、神经网络；控制系统能够采集各传感器的数据并设置可视化界面，输出负载变化规律；其输入控制信号可以根据操作用户要求自行设置进行输出跟踪控制，包括直接输入已知相关参数数据、为各变量调用各种数学函数曲线和为各变量手动输入变化图形曲线。