CN103216220B - 旋转导向工具水平钻进试验装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转导向工具水平钻进试验装置，所述旋转导向工具水平钻进试验装置包括导向装置，该导向装置上活动安装整体升降平台；该整体升降平台由置于其下方的升降液缸支撑；所述整体升降平台的前端安装拧扣钳，其大体中部位置活动安装旋转钻进装置，该旋转钻进装置通过测力传感器和加钻压液缸连接；所述旋转钻进装置的液马达的输出轴上安装扭矩转速传感器。本发明置与其他试验系统配合可提供水平钻进的扭矩和钻压，并可准确测量和控制钻进扭矩和钻压；并配备了成套拧扣钳可续接短钻杆，实现旋转导向工具在其前部混凝土靶块中连续钻进试验。同时可以变换装置位置满足在其前部混凝土靶块上多位置钻进试验的要求。

Description

旋转导向工具水平钻进试验装置

技术领域

本发明涉及石油钻采行业技术领域，具体的说是为石油钻采行业的旋转导向工具产品，提供一套室内地面模拟试验装置。

技术背景

为克服油田长期使用的滑动导向钻井技术的不足，80年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术。旋转导向钻井系统是由旋转导向工具与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的井下闭环钻井系统。旋转导向钻井技术非常适合目前油田开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等特殊油井需要。90年代初期, 国外多家公司形成了商业化的旋转导向技术，目前旋转导向钻井技术已经在世界范围内广泛应用于石油勘探开发生产中, 但该项技术被国外三家著名的钻井技术服务商贝克休斯(Baker Hughes)、斯伦贝榭(Schlumberger Anadrill)和哈利伯顿(Halliburton Company）所垄断。国内还没有可供商业化应用的旋转导向钻井技术产品。

由于旋转导向技术代表着当今世界钻井技术发展最高水平，国外公司已拥有商业化的旋转导向钻井技术，出于垄断需要，国外公司都只提供日租金高达数万美元的技术服务而不出售产品。目前国内许多油田相继进入了开发后期，油藏开发形势和国外石油公司的竞争压力等因素要求国内油田必须尽快掌握旋转导向技术。为了研究开发旋转导向技术产品，可靠的地面模拟试验装置是必须具备的条件之一，进行下井前的地面模拟试验，以验证和检测旋转导向工具的功能原理，导向力与导向效果，考核工具产品的可靠性。为旋转导向工具在油田现场试验使用做好前期技术准备，同时也可作为今后旋转导向工具产品型式试验设备。

发明内容

本发明提供一套可以模拟油田钻井作业的旋转导向工具水平钻进试验装置，与相应的循环系统、液压系统、测控系统和混凝土靶块配合，在实验室内进行旋转导向工具的实钻模拟试验，以验证和检测旋转导向工具的功能原理，导向力与导向效果，验证其工具的可靠性。为工具产品的结构改进和工艺参数的调整，提供试验数据。

为此，本发明所采用的技术方案如下：

一种旋转导向工具水平钻进试验装置，所述旋转导向工具水平钻进试验装置包括导向装置，该导向装置上活动安装整体升降平台；该整体升降平台由置于其下方的升降液缸提供升降动力；所述整体升降平台的前端安装成套的拧扣钳，其中部位置安装着可移动的旋转钻进装置，该旋转钻进装置通过测力传感器和后部的加钻压液缸的活塞杆连接；所述旋转钻进装置的液马达的输出轴上安装扭矩转速传感器。

所述导向装置包括若干导向立柱，该若干导向立柱的下端固定在装置底座上，而若干导向立柱的上端通过上拉座连接成一体。

所述旋转导向工具水平钻进试验装置包括移动液缸，该移动液缸与所述的装置底座外侧连接。

所述旋转钻进装置上安装有拉线式位移传感器。

本发明置与其他试验系统配合可提供水平钻进的扭矩钻压，并可准确测量和控制钻进扭矩、转速、钻压和位移；并配备了成套拧扣钳可续接短钻杆，实现旋转导向工具在其前部的混凝土靶块中连续钻进试验。同时可以变换装置位置满足在其前部混凝土靶块上多位置钻进试验的要求。

附图说明

 图1 为本发明装置主视图;

   图2 为图1中的A-A剖视图；

   图3为图2中的I放大图。

图中：1— 拧扣背钳；2—拧扣主钳；3—前支撑架；4—上拉座       5—整体升降平台；6—导向立柱；7—液马达；8—旋转钻进装置；    9—进液额颈管；10—柱式测力传感器；11—拉线式位移传感器；12—加钻压液缸；13—后支撑架；14—升降液缸；15—扭矩转速传感器；16—移动液缸；17—基础底座；18—装置底座；19—旋转钻进装置滚动轮；20—整体升降平台行走轨道；21—整体升降平台H型钢梁。

具体实施方式

    本发明需要与其他试验系统配合，如：循环供液系统、液压系统、测控系统和混凝土靶块等组合，才能进行完整的旋转导向工具水平钻进试验。

    下面结合附图对本发明及其有益效果作进一步详细描述。

参照图1、图2、图3，一种旋转导向工具水平钻进试验装置，主要包括：1套拧扣钳（拧扣背钳1和拧扣主钳2）、2套前支撑架3、1个上拉座4、1套整体升降平台5、6套导向立柱6、1套旋转钻进装置8、1只进液额颈管9；1只柱式测力传感器10、1套拉线式位移传感器11、1只加钻压液缸12、2套后支撑架13、4只升降液缸14、1只扭矩转速传感器15、2只移动液缸16、1个基础底座17、1个装置底座18、6套旋转钻进装置滚动轮19等组成。整体升降平台5的前端通过螺栓固定着拧扣背钳1，拧扣主钳2通过其壳体两边的滚轮套装在整体升降平台5的H型钢梁中，以满足续接钻进钻杆拧、卸钻杆螺纹的少量移动要求；旋转钻进装置8两边安装的滚动轮19套装在整体升降平台5的行走轨道20中，整体升降平台5的后部固定着多级加钻压液缸12，加钻压液缸12的活塞杆通过柱式测力传感器10与旋转钻进装置8连接。水平旋转钻进试验时，旋转钻进装置8上的液马达7提供旋转扭矩，加钻压液缸12提供钻压，并推动旋转钻进装置8在整体升降平台5的行走轨道20中水平移动，通过钻杆带动旋转导向工具在装置前部的混凝土靶块中钻进。

整体升降平台5的前、中、后部有6个大直径装铜套的安装孔，通过该安装孔整体套装在6只导向柱6中，6只导向柱6下部固定在装置底座18上；面对装置前部的混凝土靶块，当需要变化上、下钻进试验位置时，4只升降液缸14推动整体升降平台5和安装其上钻进设备同时升降，6个导向柱6起强制导向作用，保证整体升降平台5平稳水平升降。6个导向柱6的最上部套装着1个上拉座4，通过上拉座4将6根导向柱和装置底座18连接成一个整体框型结构，保证了整套装置的刚性良好。

2只移动液缸16活塞杆推拉装置底座18带动整套旋转导向工具水平钻进试验装置在基础底座17上平稳移动，满足在前部混凝土靶块上钻进时，满足左、右变化试验位置的需要。

试验时的冷却循环液，可以通过高压软管上接到旋转钻进装置8上的进液鹅颈管9上，试验时进入钻杆和旋转导向工具；旋转钻进装置8上的液马达7输出轴上安装了扭矩转速传感器15，可以测量试验时的扭矩和转速；旋转钻进装置8和加钻压液缸12之间安装了柱式测力传感器10，可以测量试验时的拉、压力；旋转钻进装置8上同时可安装拉线式位移传感11，工作时可以实时测量钻进的位移值。

本发明采用的技术方案是为了满足用户室内试验旋转导向工具的要求而提出的，所述的旋转钻进装置8按照已有专利“多功能试验机用双向动力水龙头装置”（专利号201120055568.5）的结构设计制造。采用液马达加齿轮减速实现旋转加扭，液马达输出轴和齿轮减速箱输入轴之间加装了扭矩转速传感器，可以实时测量试验时的扭矩和转速值；钻进时的钻压由加钻压液缸提供，在旋转钻进装置和加钻压液缸之间加装了柱式测力传感器，可以实时测量试验时的钻压值。为了满足连续钻进时续接钻杆的需要，装置的整体升降平台上安装了带背钳的拧扣钳。

    面对一块浇筑成型混凝土靶块，旋转导向工具水平钻进试验装置工作时，需要变化不同的钻进位置进行试验，上、下变化钻进位置时，4只升降液缸同步推动试验装置上的整体升降平台连同其上安装的拧扣钳、旋转钻进装置和多级加钻压液缸同时升降，到达要求位置时，导向柱上的销轴定位固定。需要变化左、右不同钻进位置时，基础底座上安装的2只移动液缸同步推拉整个试验装置在其基础底座上平稳移动，到达要求试验位置时，装置底座和基础底座通过螺栓或销轴固定连接，此时连接配套试验系统即可进行旋转导向工具水平钻进试验。

Claims (4)

1.一种旋转导向工具水平钻进试验装置，其特征在于：所述旋转导向工具水平钻进试验装置包括导向装置，该导向装置上活动安装整体升降平台（5）；该整体升降平台（5）由置于其下方的升降液缸（14）提供升降动力；所述整体升降平台（5）的前端安装成套的拧扣钳，其中部位置安装着可移动的旋转钻进装置（8），该旋转钻进装置（8）通过测力传感器（10）和后部的加钻压液缸（12）的活塞杆连接；所述旋转钻进装置（8）的液马达（7）的输出轴上安装扭矩转速传感器（15）。

2.根据权利要求1所述的旋转导向工具水平钻进试验装置，其特征在于：所述导向装置包括若干导向立柱（6），该若干导向立柱（6）的下端固定在装置底座（18）上，而若干导向立柱（6）的上端通过上拉座（4）连接成一体。

3.根据权利要求2所述的旋转导向工具水平钻进试验装置，其特征在于：所述旋转导向工具水平钻进试验装置包括移动液缸（16），该移动液缸（16）与所述的装置底座（18）外侧连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的旋转导向工具水平钻进试验装置，其特征在于：所述旋转钻进装置（8）上安装有拉线式位移传感器（11）。