[发明专利]钻井机器人摩擦块测试系统及方法

说明书

本发明涉及钻井机器人摩擦块测试系统及方法，系统主要由框架、液压A、液压B、液压C、拉压传感器A、拉压传感器B、拉压传感器C、位移传感器A、位移传感器B、挡板、模拟井壁、摩擦块、平移机构组成。方法为：S1：安装摩擦块，连接传感器等；S2：测试抓靠力、拖拽力、扭矩力；S3：计算表观摩擦系数；S4：绘制拖拽表观摩擦系数、拖拽力、抓靠力等高线图，绘制扭转表观摩擦系数、扭转力、抓靠力等高线图，绘制耦合表观摩擦系数、抓靠力、拖拽力、扭矩力四维图版。本发明结构简单，操作方便。可测试不同摩擦块结构、不同井壁(钢材、水泥石、岩石)情况下摩擦块的表观摩擦系数，可为钻井机器人摩擦块结构设计提供实验数据参考。

技术领域

本发明涉及井下机器人领域，尤其涉及钻井机器人摩擦块测试系统及方法。

背景技术

为了提高页岩气等非常规油气开采的综合经济效益，大位移水平井越来越受到国内外的青睐。因此，开展长水平段钻井高效安全快速建井技术研究，对缓解我国能源供需矛盾、促进经济社会科学发展具有重大战略意义。然而，随着水平井水平段位移的增加，钻柱摩阻增大，钻柱极易“托压”，导致钻压加载异常困难，显著增加了建井周期，降低了油气开发的综合经济效益，阻碍了页岩气等非常规油气的长效开发。利用井下机器人对钻柱进行牵引，可有效解决摩阻过大的问题，同时能为钻头提供破岩的钻压，可实现智能闭环钻进。

目前，钻井机器人依然停留在理论研究方面，尚未见现场试验或应用的报道。其中，钻井机器人关键零部件的可靠性和可行性尚未得到有效突破。实验测试是提高钻井机器人关键零部件的可靠性和可行性最重要、最直接的方法。在钻井机器人试验装置方面：现有实验装置主要为钻井机器人整机实验装置(CN201710705983.2、CN201710720406.0)的结构异常复杂，开展实验需要加工钻井牵引机器人整体样机，致使实验准备周期长、实验成本居高不下，高效、低成本实验设备的缺乏，一定程度上制约了钻井机器人关键零部件优化设计和可靠性测试，致使钻井机器人性能难以达到实际应用的水准。在钻井机器人结构中，摩擦块的结构直接决定钻井机器人的拖拽力，拖拽力的大小是评价钻井机器人最重要的指标之一。现有实验装置无法为摩擦块的机构优化和抓靠可靠性提供实验数据支撑，这是导致目前钻井机器人拖拽力不大，摩擦块无法有效抓靠井壁的重要原因。因此，有必要发明可开展钻井机器人摩擦块实验的装置，简化钻井机器人摩擦块实验流程，为支摩擦块结构优化设计提供实验数据参考，进而促进钻井机器人应用，推动页岩气等非常规油气开采。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供钻井牵引机器人摩擦块测试装置。

钻井机器人摩擦块测试系统，它包括框架(1)、液压A(13)、液压B(3)、液压C(2)、拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)、位移传感器A(4)、位移传感器B(5)、挡板(9)、模拟井壁(10)、摩擦块(11)、平移机构(6)组成，所述：液压A(13)、液压B(3)、液压C(2)均用螺栓固定在框架(1)上；所述：拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)通过固体胶连接在平移机构(6)上，平移机构(6)分别连接在液压A(13)、液压B(3)、液压C(2)上；所述：位移传感器A(4)、位移传感器B(5)分别安装在液压B(3)、液压C(2)的活塞上。

所述：平移机构由滚轴(601)、本体(602)、滚珠(603)、滚轴压板(604)、承压板(605)、螺栓(606)组成，滚轴压板(604)与本体(602)由螺栓连接。

所述：框架(1)由5块矩形钢板焊接而成，框架(1)右下角焊接固定模拟井壁(10)的安装槽(101)，安装槽(101)上设置2个矩形槽(102)。

所述：拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)均为S型拉压传感器。

所述：模拟井壁(10)为金属、岩石或水泥石矩形块。