[发明专利]一种深井钻柱粘滑振动模拟装置

权利要求书

1.一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，包括机架(3)、底座(23)、电机(1)、空心伸缩杆(2)、活塞(18)、套管(17)、可升降游梁(5)、粘滑效应模拟器(8)、微型钻头(9)、扭矩传感器(4)、位移传感器(6)、压力传感器(7)、钻头转速传感器(10)、岩心室(22)、钻井液储存缸(19)、泵机(12)和导流管(21)，其特征在于，所述机架(3)位于底座(23)上，顶部设置电机(1)，电机连接空心伸缩杆(2)，所述空心伸缩杆穿过可升降游梁(5)固定于机架内，空心伸缩杆为中空，顶端连接活塞(18)，活塞位于套管(17)内，活塞与套管可以相对滑动，空心伸缩杆底部连接粘滑效应模拟器(8)和微型钻头(9)，空心伸缩杆设置扭矩传感器(4)和压力传感器(7)，游梁设置位移传感器(6)，微型钻头对应机架的位置安装钻头转速传感器(10)，微型钻头正对着位于底座中心的岩心室(22)，岩心室有岩心和外壳(11)，岩心室和外壳置于钻井液储存缸(19)上，钻井液储存缸内有钻井液，钻井液储存缸通过侧面的出口连接泵机(12)和导流管(21)，泵机置于底座内，导流管从底座下端引出，并连接活塞。

2.如权利要求1所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，所述粘滑效应模拟器(8)的上、下端分别通过螺纹连接空心伸缩杆(2)、微型钻头(9)，所述粘滑效应模拟器包括空心杆(15)、轴承(16)和扭簧(14)，空心杆两端安装轴承，中间为扭簧。

3.如权利要求1所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，所述扭矩传感器、压力传感器、位移传感器和钻头转速传感器均连接计算机，分别测量扭矩、钻压、钻头进尺和钻头转速并将数据传递到计算机。

4.如权利要求1所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，所述微型钻头为中空，并与粘滑效应模拟器的空心杆和空心伸缩杆连通。

5.如权利要求1所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，钻井液存储缸体存储钻井液，通过泵机将钻井液压入导流管，钻井液通过导流管流入活塞，进入空心伸缩杆、粘滑效应模拟器和微型钻头，施加到岩石表面，冲刷岩屑以及润滑钻头，最后再回流到钻井液存储缸，完成钻井液循环。

6.如权利要求1所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，所述粘滑效应模拟器通过更换不同扭簧刚度的扭簧，来模拟不同深度下钻柱系统的扭向形变，即钻柱系统刚度，从而模拟钻柱系统粘滑振动，即该深度下钻柱受相应岩石影响下的粘滑响应。

7.如权利要求6所述的一种深井钻柱粘滑振动模拟装置，其特征在于，所述扭簧刚度k和钻柱系统刚度K具有如下关系式：

k＝aK

式中k-扭簧刚度N/m；K-钻柱系统等效刚度N/m；a-缩放比，取值0.006；T₀-实验装置电机扭矩；T-实际钻井装置扭矩；G-钻柱材料的切变模量；L-钻柱长度，m；D-钻杆(铤)外径，m；d-钻杆(铤)内径，m。