[实用新型]水平井钻柱动力学仿真实验装置

摘要

一种水平井钻柱动力学仿真实验装置。主要解决现有的实验装置不能进行水平井钻柱动力学分析的问题。其特征在于：工作板上固定带有测试装置的杆柱单元，杆柱单元由连接法兰、扭矩传感器、外筒、压杆、内外介质循环接头、压力传感器以及激振器连接后构成；其中，外筒为透明的有机玻璃管，压杆为可旋转的无缝钢管，压杆位于外筒内，二者之间有环空；由入口泵经过压杆转矩电机的空心轴、压杆的内腔、内外介质循环接头中的液流通道、压杆与外筒之间的环空、出口泵至水箱构成钻井液的流动通道。本种实验装置既能对水平井钻柱进行动力学仿真，又能对斜式井钻柱进行动力学仿真，弥补了现有技术中的空白。

主权项

一种水平井钻柱动力学仿真实验装置，包括工作板、齿轮齿条钻机虚拟样机、入口泵、出口泵、水箱以及底座，齿轮齿条钻机虚拟样机固定于工作板上表面，工作板下表面与底座之间通过液压缸（10）连接，工作板与底座的侧边通过销轴铰接；其特征在于：所述工作板上固定有一个带有测试装置（6）的杆柱单元，其中，所述杆柱单元由连接法兰（2）、扭矩传感器（3）、外筒（4）、压杆（5）、内外介质循环接头（7）、压力传感器（8）以及激振器（9）连接后构成 ；其中，外筒（4）为透明的有机玻璃管，压杆（5）为可旋转的无缝钢管，压杆（5）位于外筒（4）内，二者之间有环空；所述测试装置（6）由位移传感器（11）、压电式力传感器（12）、阀杆（13）、阀头（14）以及测试装置外筒连接后组成；测试装置外筒固定于外筒（4）上，与外筒（4）的垂直方向呈10度夹角，位移传感器（11）亦固定于外筒（4）上，位移传感器的探头与阀杆（13）始终保持接触；压电式力传感器（12）位于测试装置的末端，其触头紧贴阀杆（13），所述阀头（14）与阀杆（13）做固定联结，阀头（14）在弹簧回复力的作用下始终与压杆（5）保持接触；所述测试装置（6）间隔分布于外筒（4）上的三个等距的测试点上；所述内外介质循环接头（7）由接头外壳（15）、接头内圈（16）和接头旋体（17）组成； 接头外壳（15）约束于固定支架上，可沿轴向相对滑动，与外筒（4）柔性连接，接头内圈（16）上开有作为钻井液循环通道的三个溢水槽，接头旋体（17）的下端有六个钻井液的循环通道；所述齿轮齿条钻机虚拟样机上的压杆转矩电机（1）通过连接法兰（2）与扭矩传感器（3）刚性连接，提供压杆转矩；扭矩传感器（3）的另一端与压杆（5）的上端也通过法兰做刚性连接，所述压杆（5）的左端通过内外介质循环接头（7）和外筒（4）的下端相连，压力传感器（8）的两端分别与激振器（9）和内外介质循环接头（7）相连接；所述压杆转矩电机（1）为空心轴电机，所述内外介质循环接头的外壳（15）与外筒（4）的连接为柔性连接；由所述入口泵经过压杆转矩电机的空心轴、压杆（5）的内腔、内外介质循环接头（7）中的液流通道、压杆（5）与外筒（4）之间的环空、出口泵至水箱构成钻井液的流动通道。