CN104007034B - 一种立式动载套管磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立式动载套管磨损试验机，包括：加载系统，包含前支座、后支座、导轨部及弹性移动部，导轨部包括直轨，直轨连接于前支座及后支座之间，弹性移动部能移动的套设在直轨上；旋转系统，设有旋转电机，旋转电机通过电机支架固定在弹性移动部上，其下端的输出轴向下依次连接有联轴器、扭矩传感器及钻杆部；激振系统，包括激振电机及偏心转动部，激振电机通过电机安装架固定在前支座上，偏心转动部能转动的穿设于前支座上的通孔；装夹系统，位于导轨部的下侧，其设有中空的泥浆槽、平台部及升降机；机架，包括底座及多个设置在底座上的前立柱、中部立柱及后立柱。本发明采用立式设计结构，实现对套管与钻杆接头之间多种磨损工况的模拟。

Description

一种立式动载套管磨损试验机

技术领域

本发明属于石油开采领域，具体而言，涉及一种立式动载套管磨损试验机。

背景技术

油气井钻探过程中，钻杆接头与套管的磨损是一种典型的杆-套磨损，这种磨损导致用于隔离岩层和支撑井壁的套管壁厚减薄、强度降低，造成钻井过程中的安全隐患，对钻井效率产生了影响。据相关数据统计表明，由于套管磨损直接带来的经济损失高达十亿美元以上。管套磨损在中国钻井工程中已成为一个急需解决的重大技术问题。但是在实际钻井过程中，由于管套都位于在深井、超深井之中，这对现场观测及现场试验带了困难，所以大多数情形下我们只有通过在实验室进行模拟研究管套磨损的情况。为了对各种复杂工况下磨损机理进行深入的研究，尤其能够产生径向冲击与滑动复合工况的模拟条件，从而对深井及超深井石油套管磨损规律有一个更全面的研究，并为评价各种防磨技术性能提供基础试验手段。

目前,利用全尺寸钻杆试样与套管试样来研究钻杆与套管磨损机理的典型实验装置有滑台式套管磨损试验机，然而，该磨损试验机中，钻杆试样与套管试样采用卧式磨损方位，与现实工况中立式磨损方位不符；其利用皮带的传递作用来带动钻杆的旋转，且利用零部件的自重作为回复力，对钻杆与套管之间的摩擦产生影响，工作状况不稳定；由于采用卧式方位，其泥浆槽能够维持的液面高度不能实现钻杆试样与套管试样接触区的充分润滑；钻杆试样与套管试样不能完成轴向的相对运动，因而无法模拟现实工况中钻杆向下的运动。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种立式动载套管磨损试验机，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种立式动载套管磨损试验机，其采用立式设计结构，更符合实际钻井过程中钻杆与套管摩擦结构方位，实现了对套管与钻杆接头之间多种磨损工况的模拟，其旋转系统及激振系统的自重完全由机架来承载，不会对试验产生不良影响，克服了现有技术的缺陷。

为此，本发明提出一种立式动载套管磨损试验机，其包括：

一加载系统，包括有一前支座、一后支座、一导轨部及一弹性移动部，所述导轨部包括两沿水平方向并列设置的直轨，所述直轨连接于所述前支座及后支座之间，所述弹性移动部能移动的套设在两所述直轨上，其前侧与一碰撞杆的后端上螺接的碰撞锁母相接触，其后侧与所述后支座相接触，所述碰撞杆能移动的设置在所述前支座上；

一旋转系统，其设有一旋转电机，所述旋转电机通过一电机支架固定在所述弹性移动部上，其下端的输出轴向下依次连接有联轴器、扭矩传感器及钻杆部，所述钻杆部能转动的穿设于所述弹性移动部上的定位孔，其下端设有一供装设转杆试样的组设部；

一激振系统，其包括有一激振电机及一偏心转动部，所述激振电机通过一电机安装架固定在所述前支座上，所述偏心转动部能转动的穿设于所述前支座上的通孔，其上端与所述激振电机下端的输出轴相连接，其下端头套设固定有一下轴承，所述下轴承与所述碰撞杆的前端相接触；

一装夹系统，位于所述导轨部的下侧，其设有一中空的泥浆槽、一平台部及一升降机，所述泥浆槽固定在所述平台部上，其上端为开口端，所述泥浆槽的侧壁上设有一供夹持套管试样的夹持部，所述升降机的上端与所述平台部相连接，在所述平台部上行时，所述钻杆部的下端能凸伸至所述泥浆槽中；

一机架，包括一底座，所述底座上设置有多个前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后两侧对应安装在所述前立柱及中部立柱上，所述后支座固定在所述后立柱上，其中，所述平台部的前侧、后侧分别设有前侧竖向滑套及后侧竖向滑套，所述前侧竖向滑套与后侧竖向滑套对应套设在所述中部立柱及后立柱上，所述升降机固定在所述底座上。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述钻杆部包括有一连接短节及一钻杆连接头，所述钻杆连接头能转动的对应穿设于所述定位孔，其上端通过所述连接短节与所述扭矩传感器相连接；

其中，所述钻杆连接头上间隔套设固定有一圆锥滚子轴承及一滚柱轴承，所述圆锥滚子轴承及滚柱轴承对应嵌设固定于所述定位孔的上端口及下端口；

其中，所述组设部包括一环部及一钻杆试样挡片，所述环部凸设在所述钻杆连接头的外侧面上，并靠近所述钻杆连接头的下端，所述钻杆试样挡片通过螺钉连接在所述钻杆连接头的下端面上，其外径大于所述钻杆连接头的外径，所述环部与所述钻杆试样挡片之间形成一供装设所述钻杆试样的凹环。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述偏心转动部包括有一偏心轮轴及一偏心轮，所述偏心轮轴的上端与所述激振电机的输出轴相连接，其下端套设固定有所述偏心轮，所述下轴承套设在所述偏心轮上；

其中，所述偏心轮的外侧凸设有一止挡环，所述止挡环相邻于所述下轴承的上侧，所述偏心轮上另套设有一下轴套，所述下轴套相邻于所述下轴承的下侧，其与所述偏心轮之间通过弹簧卡圈卡接固定；

其中，所述偏心轮轴能转动的对应穿设于所述通孔，其外侧由上至下依次套设有一上轴套及一上轴承，所述上轴套的上端与所述偏心轮轴外侧凸设的环肩接触，其下端则与所述上轴承相邻，所述上轴承则嵌设固定在所述通孔处。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述弹性移动部包括有一电机安装滑块、两弹性部及一推板，所述定位孔位于所述电机安装滑块上，所述电机安装滑块的两相对侧分别设有套接孔，各所述套接孔与各所述直轨相对应，且所述套接孔中嵌设有一滑套，所述电机安装滑块通过所述滑套对应套设在两所述直轨上，所述推板与所述后支座相邻，其能移动套设在两所述直轨上，两所述弹性部则对应套设在两所述直轨上，各所述弹性部的两端对应与所述电机安装滑块及所述推板相连接；

其中，所述电机安装滑块的前侧与所述碰撞杆上的所述碰撞锁母相接触，所述旋转系统的电机支架固定在所述电机安装滑块上，所述旋转电机则呈竖向固定在所述电机支架上，所述前支座上另安装有一激光位移传感器，所述激光位移传感器相邻于所述碰撞杆的一侧。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述弹性部包一弹簧、一前侧弹簧护套及一后侧弹簧护套，所述弹簧的两端对应嵌设固定在所述前侧弹簧护套及后侧弹簧护套中，所述前侧弹簧护套及后侧弹簧护套分别能移动的套设在所述直轨上，所述前侧弹簧护套与所述电机安装滑块的后侧面相连接，所述后侧弹簧护套与所述推板相连接。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述后支座上设有一调距机构，所述调距机构包括有一基座、一丝杆及一手动扳手，所述基座位于所述后支座上，其设有一螺纹孔，所述丝杆螺接于所述螺纹孔，其前端与所述推板相接触，其后端连接有所述手动扳手。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述推板上另设有一压力传感器，所述压力传感器与所述丝杆的位置相对，所述丝杆的前端对应与所述压力传感器相接触。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，所述平台部包括有一上平台及一下平台，所述泥浆槽固定在所述下平台上，所述上平台套设固定在所述泥浆槽的上端处，所述上平台与下平台之间的前侧及后侧对应通过所述前侧竖向滑套及后侧竖向滑套相连接，所述升降机的上端则与所述下平台相连接；

其中，所述夹持部包括多个顶丝及多个螺孔，各所述螺孔沿周向均布在所述泥浆槽的侧壁上，各所述顶丝对应螺接在各所述螺孔处。

如上所述的立式动载套管磨损试验机，其中，另设有一泥浆循环系统，所述泥浆循环系统包括有一泥浆泵、一泥浆桶及一流量计，所述流量计安装在所述泥浆桶的出口上，所述泥浆槽的底端设有一出口部，所述出口部上安装有节流阀，其中，所述泥浆泵的输入口与所述流量计之间、所述泥浆泵的输出口与所述出口部之间、所述泥浆槽的开口端与所述泥浆桶的入口之间分别通过一注浆管线相连接。

本发明的立式动载套管磨损试验机，采用立式设计结构，使得钻杆与套管的摩擦时的方位更贴切实际钻井过程中钻杆与套管作业的方位，从而为开展深井超深井的套管磨损试验研究奠定了可靠基础。

在本发明中，利用旋转系统的旋转电机直接带动其下端的钻杆试样旋转，并利用激振系统的偏心轮以及加载系统的弹簧回复力的共同作用，来实现钻杆试样的往复式运动，从而模拟存在高密度钻井液介质润滑条件时，钻杆外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况，实现了对套管与钻杆接头之间多种磨损工况的模拟。

在本发明中，通过调节泥浆槽上的节流阀，能控制泥浆槽中泥浆液的液面的高低，实现全面润滑钻杆试样与套管试样接触区间的效果；通过升降机带动泥浆槽及套管试样上下运动，还能模拟现实钻井过程中钻杆向下的运动。

总之，本发明提出的立式动载套管磨损试验机，既可以为深入研究钻杆与套管的磨损行为提供一种实验手段，又可以为钻杆与套管之间防磨损技术提供评价手段。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明的立式动载套管磨损试验机的立体结构示意图。

图2为本发明的立式动载套管磨损试验机的平面示意图。

图3为本发明的立式动载套管磨损试验机的另一立体示意图，图中未示出泥浆循环系统。

图4为本发明中泥浆循环系统与泥浆槽连接的局部立体示意图。

图5为本发明中加载系统的组成结构仰视图。

图6为本发明中旋转系统的组成结构示意图。

图7为本发明中旋转系统的组成结构剖视图。

图8为本发明中激振系统的剖视图。

图9为本发明中加载系统与激振系统的连接示意图。

图10为本发明中泥浆槽的外观示意图。

图11a为套管试样放置于泥浆槽的使用参考立体示意图，图示出套管试样呈偏心设置在泥浆槽中。

图11b为套管试样放置于泥浆槽的使用参考剖面图。

图11c为沿图11b中A-A线的剖视图。

主要元件标号说明：

1加载系统11前支座

111通孔112激光位移传感器

12后支座13导轨部

131直轨14弹性移动部

140定位孔141电机安装滑块

1411滑套142弹性部

1421弹簧1422前侧弹簧护套

1423后侧弹簧护套

143推板15碰撞杆

151碰撞锁母16调距机构

161基座162丝杆

163手动扳手17压力传感器

2旋转系统21旋转电机

211输出轴

22电机支架23联轴器

24扭矩传感器25钻杆部

251连接短节252钻杆连接头

2521环部253钻杆试样挡片

254螺钉255凹环

26圆锥滚子轴承27滚柱轴承

3激振系统31激振电机

311输出轴32偏心转动部

321偏心轮轴3211环肩

322偏心轮3221止挡环

33电机安装架34下轴承

35下轴套351弹簧卡圈

36上轴套37上轴承

4装夹系统41泥浆槽

411开口端412螺孔

413出口部414节流阀

42平台部421上平台

422下平台43升降机

44前侧竖向滑套

45后侧竖向滑套46顶丝

5机架51底座

52前立柱53中部立柱

54后立柱6泥浆循环系统

61泥浆泵62泥浆桶

63流量计64注浆管线

具体实施方式

本发明提供一种立式动载套管磨损试验机，包括：一加载系统，包括有一前支座、一后支座、一导轨部及一弹性移动部，所述导轨部包括两沿水平方向并列设置的直轨，所述直轨连接于所述前支座及后支座之间，所述弹性移动部能移动的套设在两所述直轨上，其前侧与一碰撞杆的后端上螺接的碰撞锁母相接触，其后侧与所述后支座相接触，所述碰撞杆能移动的设置在所述前支座上；一旋转系统，其设有一旋转电机，所述旋转电机通过一电机支架固定在所述弹性移动部上，其下端的输出轴向下依次连接有联轴器、扭矩传感器及钻杆部，所述钻杆部能转动的穿设于所述弹性移动部上的定位孔，其下端设有一供装设转杆试样的组设部；一激振系统，其包括有一激振电机及一偏心转动部，所述激振电机通过一电机安装架固定在所述前支座上，所述偏心转动部能转动的穿设于所述前支座上的通孔，其上端与所述激振电机下端的输出轴相连接，其下端头套设固定有一下轴承，所述下轴承与所述碰撞杆的前端相接触；一装夹系统，位于所述导轨部的下侧，其设有一中空的泥浆槽、一平台部及一升降机，所述泥浆槽固定在所述平台部上，其上端为开口端，所述泥浆槽的侧壁上设有一供夹持套管试样的夹持部，所述升降机的上端与所述平台部相连接，在所述平台部上行时，所述钻杆部的下端能凸伸至所述泥浆槽中；一机架，包括一底座，所述底座上设置有多个前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后两侧对应安装在所述前立柱及中部立柱上，所述后支座固定在所述后立柱上，其中，所述平台部的前侧、后侧分别设有前侧竖向滑套及后侧竖向滑套，所述前侧竖向滑套与后侧竖向滑套对应套设在所述中部立柱及后立柱上，所述升降机固定在所述底座上。

本发明的立式动载套管磨损试验机，其采用立式设计结构，更符合实际钻井过程中钻杆与套管摩擦结构方位，实现了对套管与钻杆接头之间多种磨损工况的模拟，其旋转系统及激振系统的自重完全由机架来承载，不会对试验产生不良影响，克服了现有技术的缺陷。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的立式动载套管磨损试验机的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明的立式动载套管磨损试验机的立体结构示意图。图2为本发明的立式动载套管磨损试验机的平面示意图。图3为本发明的立式动载套管磨损试验机的另一立体示意图，图中未示出泥浆循环系统。图4为本发明中泥浆循环系统与泥浆槽连接的局部立体示意图。图5为本发明中加载系统的组成结构仰视图。图6为本发明中旋转系统的组成结构示意图。图7为本发明中旋转系统的组成结构剖视图。图8为本发明中激振系统的剖视图。图9为本发明中加载系统与激振系统的连接示意图。图10为本发明中泥浆槽的外观示意图。图11a为套管试样放置于泥浆槽的使用参考立体示意图，图示出套管试样呈偏心设置在泥浆槽中。图11b为套管试样放置于泥浆槽的使用参考剖面图。图11c为沿图11b中A-A线的剖视图。

如图1至图3所示，本发明提出的立式动载套管磨损试验机，包括一加载系统1、一旋转系统2、一激振系统3、一装夹系统4及一机架5，其中：

请参见图5，所述加载系统1包括有一前支座11、一后支座12、一导轨部13及一弹性移动部14，所述导轨部13包括两沿水平方向并列设置的直轨131，所述直轨131连接于所述前支座11及后支座12之间，所述弹性移动部14能移动的套设在两所述直轨131上，其前侧与一碰撞杆15的后端上螺接的碰撞锁母151相接触，其后侧与所述后支座12相接触，所述碰撞杆15能移动的设置在所述前支座11上,如图所示，优选的实施方式中，是在所述前支座11上设置一枢接块，所述碰撞杆15能移动的穿设于该枢接块，且所述直轨131的前端连接在该枢接块上；

如图6至图7所示，所述旋转系统2设有一旋转电机21，所述旋转电机21通过一电机支架22固定在所述弹性移动部14上，其下端的输出轴211向下依次连接有联轴器23、扭矩传感器24及钻杆部25，所述钻杆部25能转动的穿设于所述弹性移动部14上的定位孔140，其下端设有一供装设转杆试样71的组设部，在实际应用中，当钻杆试样在旋转电机21的驱动下旋转时，其还能随旋转电机21与弹性移动部14一同沿横向往复移动，满足了多样化的试验要求，其中，扭矩传感器24可以在线监测套管试样与钻杆试样摩擦过程中钻杆部的扭矩值；

请参见图8，所述激振系统3包括有一激振电机31及一偏心转动部32，所述激振电机31通过一电机安装架33固定在所述前支座11上，所述偏心转动部32能转动的穿设于所述前支座11上的通孔111，其上端与所述激振电机31下端的输出轴311相连接，其下端头套设固定有一下轴承34，所述下轴承34与所述碰撞杆15的前端相接触；

所述装夹系统4，位于所述导轨部13的下侧，其设有一中空的泥浆槽41、一平台部42及一升降机43，所述泥浆槽41固定在所述平台部42上，其上端为开口端411，所述泥浆槽41的侧壁上设有一供夹持套管试样72的夹持部，在所述平台部42上行时，所述钻杆部25的下端能凸伸至所述泥浆槽41中，所述升降机43的上端与所述平台部42相连接；

所述机架5包括一底座51，所述底座51上设置有多个前立柱52、中部立柱53及后立柱54，所述前支座11的前后两侧对应安装在所述前立柱52及中部立柱53上，所述后支座12固定在所述后立柱54上，其中，所述平台部42的前侧、后侧分别设有前侧竖向滑套44及后侧竖向滑套45，所述前侧竖向滑套44与后侧竖向滑套45对应套设在所述中部立柱53及后立柱54上，所述升降机43固定在所述底座51上，其中，在具体工作时，还可分别在中部立柱53及后立柱54的外表面间隔设置上行止线、下行止线，使平台部只在上行止线与下行止线之间沿垂向移动，防止平台部向上移动过高破坏旋转系统及向下移动过低破坏升降机。另外，为提高底座51的稳定性，还可在底座的四角上分别安装地脚511。

如图7所示，所述钻杆部25包括有一连接短节251及一钻杆连接头252，所述钻杆连接头252能转动的对应穿设于所述定位孔140，其上端通过所述连接短节251与所述扭矩传感器24相连接；

其中，所述钻杆连接头252上间隔套设固定有一圆锥滚子轴承26及一滚柱轴承27，所述圆锥滚子轴承26及滚柱轴承27对应嵌设固定于所述定位孔140的上端口及下端口，在激振系统2通过碰撞杆15及弹性移动部14对旋转系统2撞击的时候，圆锥滚子轴承26和滚柱轴承27保证整个旋转系统1始终处于竖直状态，避免旋转系统2中旋转电机21的输出轴、连接短节及钻杆连接头折断,从而对旋转系统2起到良好的保护作用，而且所述圆锥滚子轴承26还能将其上方零部件的重量传递到弹性移动部14上；

其中，所述组设部包括一环部2521及一钻杆试样挡片253，所述环部2521凸设在所述钻杆连接头252的外侧面上，并靠近所述钻杆连接头252的下端，所述钻杆试样挡片253通过螺钉254连接在所述钻杆连接头252的下端面上，其外径大于所述钻杆连接头252的外径，所述环部2521与所述钻杆试样挡片253之间形成一供装设所述钻杆试样的凹环255。

其中，优选联轴器23与旋转电机21的输出轴、扭矩传感器24之间分别通过键槽配合的方式相连接，所述连接短节251与钻杆连接头252之间销接固定，上述键槽配合以及销配合，能避免旋转系统2的各个零部件发生相对转动，而且所述的销配合还起到防止零部件脱落的作用。

请参见图8，所述偏心转动部32包括有一偏心轮轴321及一偏心轮322，所述偏心轮轴321的上端与所述激振电机31的输出轴311相连接，其下端套设固定有所述偏心轮322，所述下轴承34套设在所述偏心轮322上；

所述偏心轮322的外侧凸设有一止挡环3221，所述止挡环3221相邻于所述下轴承34的上侧，所述偏心轮322上另套设有一下轴套35，所述下轴套35相邻于所述下轴承34的下侧，其与所述偏心轮322之间通过弹簧卡圈351卡接固定；

其中，所述偏心轮轴321能转动的对应穿设于所述通孔111，其外侧由上至下依次套设有一上轴套36及一上轴承37，所述上轴套36的上端与所述偏心轮轴321外侧凸设的环肩3211接触，其下端则与所述上轴承37相邻，所述偏心轮轴321能转动的对应穿设于所述通孔111，所述上轴承37则嵌设固定在所述通孔111处。

具体应用时，优选所述偏心轮轴321的上、下两端分别与激振电机31的输出轴311和偏心轮322以销接配合的方式连接，另外，所述激振系统3的电机安装架33固定在所述前支座11上，所述电机安装架33呈竖向固定在所述前支座11上，激振系统3的重量则通过电机安装架33的传递作用加载在前支座11上(如图9所示)。

较佳地，如图5所示，所述弹性移动部14包括有一电机安装滑块141、两弹性部142及一推板143，所述定位孔140位于所述电机安装滑块141上，所述电机安装滑块141的两相对侧分别设有套接孔(图中未标示)，各所述套接孔与各所述直轨121相对应，且所述套接孔中嵌设有一滑套1411，所述电机安装滑块141通过所述滑套1411对应套设在两所述直轨131上，所述推板142与所述后支座12相邻，其能移动套设在两所述直轨131上，两所述弹性部142则对应套设在两所述直轨131上，各所述弹性部142的两端对应与所述电机安装滑块141及所述推板143相连接；

其中，所述电机安装滑块141的前侧与所述碰撞杆15上的所述碰撞锁母151相接触，所述旋转系统2的电机支架22固定在所述电机安装滑块141上，所述旋转电机21则呈竖向固定在所述电机支架22上，所述前支座11上另安装有一激光位移传感器112，所述激光位移传感器112相邻于所述碰撞杆15的一侧。由此，所述电机支架22的上、下两端分别与旋转电机21和电机安装滑块141配合，其起到承载旋转电机21重量的作用；而通过设置激光位移传感器，能够对旋转系统2横向的往复式运动的位移量进行在线监测。

更进一步地，所述弹性部142包括一弹簧1421、一前侧弹簧护套1422及一后侧弹簧护套1423，所述弹簧1421的两端对应嵌设固定在所述前侧弹簧护套1422及后侧弹簧护套1423中，所述前侧弹簧护套1422及后侧弹簧护套1423分别能移动的套设在所述直轨13上，所述前侧弹簧护套1422与所述电机安装滑块141的后侧面相连接，所述后侧弹簧护套1423与所述推板143相连接。

其中，所述后支座12上设有一调距机构16，所述调距机构16包括有一基座161、一丝杆162及一手动扳手163，所述基座161位于所述后支座12上，其设有一螺纹孔(图中未标示)，所述丝杆162螺接于所述螺纹孔，其前端与所述推板143相接触，其后端连接有所述手动扳手163。

进一步地，所述推板143上另设有一压力传感器17，所述压力传感器17与所述丝杆162的位置相对，所述丝杆162的前端对应与所述压力传感器17相接触。如此，手动扳手163给弹性移动部加载的水平预紧力，其力的大小值可以通过压力传感器17准确的读出来。

请一并参见图1-图3，所述平台部42包括有一上平台421及一下平台422，所述泥浆槽41可通过螺接等方式，固定在所述下平台422上，所述上平台421套设固定在所述泥浆槽41的上端处，所述上平台421与下平台422之间的前侧及后侧对应通过所述前侧竖向滑套44及后侧竖向滑套45相连接，所述升降机43的上端则与所述下平台422相连接；

其中，请参见图10、图11b及图11c,所述夹持部包括多个顶丝46及多个螺孔412，各所述螺孔412沿周向均布在所述泥浆槽41的侧壁上，各所述顶丝46对应螺接在各所述螺孔412处。

如图4所示，另设有一泥浆循环系统6，所述泥浆循环系统6包括有一泥浆泵61、一泥浆桶62及一流量计63，所述流量计63安装在所述泥浆桶62的出口上，所述泥浆槽41的底端设有一出口部413，所述出口部413上安装有节流阀414，以对泥浆流量进行控制，其中，所述泥浆泵61的输入口与所述流量计63之间、所述泥浆泵61的输出口与所述出口部413之间、所述泥浆槽41的开口端411与所述泥浆桶62的入口之间分别通过一注浆管线64(比如，金属管道、塑料软管等)相连接。在具体工作时，能将泥浆槽41、泥浆泵61及泥浆桶62之间形成一个循环的体系，从而形成流量可调的多相介质润滑系统，所述流量计可以用于在线监测流量。由于该泥浆循环系统构在的各部件均为公知结构，因此，此处不再对其结构进行详细描述。

另外，还可在泥浆桶62上，通过法兰固定连接有一个搅拌电机65，通过搅拌电机下端连接的叶片的旋转，使泥浆桶中的高密度泥浆均匀分布，以达到更好的使用效果。

如图5所示，在具体使用时，通过该碰撞杆15的后端上螺接碰撞螺母151，以通过碰撞锁母151与弹性移动部14(即电机安装滑块141)相配合，并且通过旋转碰撞锁母151，能调整碰撞杆15前端与偏心轮322近心点的距离，进而设定激振系统3冲击的振幅大小，而碰撞锁母151则始终与电机安装滑块141紧贴。

本发明提出的立式动载套管磨损试验机，在实际使用中，预先将钻杆试样71套设固定在钻杆连接头252下端的凹环255处，并将套管试样72放置在泥浆槽41中，通过顶丝46在螺孔412中的螺进，顶抵于套管试样72的外侧面，以将套管试样固定，其中，可调节各顶丝46伸入泥浆槽41内的长度，将套管试样与泥浆槽设置呈同心或偏心(如图11a-图11c所示)设置，以满足不同的实验需要，再通过升降机43调节泥浆槽41的高度，使钻杆试样位于泥浆槽41中的套管试样中，与此同时，转动手动扳手163，利用丝杆162给推板143施加一定的预紧力，以通过弹簧1422推动电机安装滑块141移动，使旋转系统2下端安装的钻杆试样71与夹持在泥浆槽41中的套管试样72的一侧(图11a中左侧)紧密接触在一起，模拟了实际钻井中套管固定不动、钻杆旋转摩擦套管的初始状态，当启动旋转系统2及激振系统3时，就可以进行磨损实验；

随后，通过泥浆循环系统6，向泥浆槽41中注入泥浆液，以对套管试样润滑，同时须注意控制节流阀414的开度，确保泥浆槽中的注入的泥浆液适量，避免泥浆液从泥浆槽41内溢出或飞溅；分别启动旋转系统2的旋转电机21及激振系统3的激振电机31，一方面，旋转电机21通过联轴器23、扭矩传感器24以及钻杆连接头252的旋转，带动钻杆试样转动，以与套管试样的内侧壁做旋转摩擦动作，另一方面，激振电机31带动偏心轮322转动，使偏心轮322上的下轴承34旋转，利用偏心轮322的结构特点可知，下轴承34做偏心转动，进而通过碰撞杆15推动电机安装滑块141，使得电机安装滑块141在其两侧的偏心轮322及弹簧1421的共同作用下，能沿直轨131做往复移动，继而使得旋转电机21连带钻杆试样随之往复移动，也即，激振系统3通过碰撞杆15对旋转系统2进行撞击，使钻杆试样与套管试样在相对转动磨损的同时，受到横向的撞击作用，模拟了现实工况中钻杆与套管磨损在受到激振的效果，由此，钻杆试样随着旋转电机21的带动下，在套管试样内部竖直旋转，同时在偏心轮322及弹簧1421的共同作用下往复移动，对套管试样的内壁施加往复式冲击作用，从而模拟钻杆钻杆接头外壁与套管内壁之间的磨损状况。

另外，在实验过程中，还可通过控制激振电机31的转速，调节钻杆试样的横向振动频率；利用升降机的升降动作，带动泥浆槽中的套管试样上下运动，模拟了现实钻井过程中钻杆向下的运动；在不启动激振系统的激振电机时，还可仅通过旋转电机带动钻杆试样旋转，以进行静接触载荷和脉动接触载荷的套管磨损试验。

总之，本发明提出的立式动载套管磨损试验机，能实现了对套管与钻杆接头之间多种磨损工况的模拟，既可以为深入研究钻杆与套管的磨损行为提供一种实验手段，又可以为钻杆与套管之间防磨损技术提供评价手段。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述立式动载套管磨损试验机包括：

一加载系统，包括有一前支座、一后支座、一导轨部及一弹性移动部，所述导轨部包括两沿水平方向并列设置的直轨，所述直轨连接于所述前支座及后支座之间，所述弹性移动部能移动的套设在两所述直轨上，其前侧与一碰撞杆的后端上螺接的碰撞锁母相接触，其后侧与所述后支座相接触，所述碰撞杆能移动的设置在所述前支座上；

一旋转系统，其设有一旋转电机，所述旋转电机通过一电机支架固定在所述弹性移动部上，其下端的输出轴向下依次连接有联轴器、扭矩传感器及钻杆部，所述钻杆部能转动的穿设于所述弹性移动部上的定位孔，其下端设有一供装设转杆试样的组设部；

一激振系统，其包括有一激振电机及一偏心转动部，所述激振电机通过一电机安装架固定在所述前支座上，所述偏心转动部能转动的穿设于所述前支座上的通孔，其上端与所述激振电机下端的输出轴相连接，其下端头套设固定有一下轴承，所述下轴承与所述碰撞杆的前端相接触；

一装夹系统，位于所述导轨部的下侧，其设有一中空的泥浆槽、一平台部及一升降机，所述泥浆槽固定在所述平台部上，其上端为开口端，所述泥浆槽的侧壁上设有一供夹持套管试样的夹持部，所述升降机的上端与所述平台部相连接，在所述平台部上行时，所述钻杆部的下端能凸伸至所述泥浆槽中；

一机架，包括一底座，所述底座上设置有多个前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后两侧对应安装在所述前立柱及中部立柱上，所述后支座固定在所述后立柱上，其中，所述平台部的前侧、后侧分别设有前侧竖向滑套及后侧竖向滑套，所述前侧竖向滑套与后侧竖向滑套对应套设在所述中部立柱及后立柱上，所述升降机固定在所述底座上。

2.如权利要求1所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述钻杆部包括有一连接短节及一钻杆连接头，所述钻杆连接头能转动的对应穿设于所述定位孔，其上端通过所述连接短节与所述扭矩传感器相连接；

其中，所述钻杆连接头上间隔套设固定有一圆锥滚子轴承及一滚柱轴承，所述圆锥滚子轴承及滚柱轴承对应嵌设固定于所述定位孔的上端口及下端口；

其中，所述组设部包括一环部及一钻杆试样挡片，所述环部凸设在所述钻杆连接头的外侧面上，并靠近所述钻杆连接头的下端，所述钻杆试样挡片通过螺钉连接在所述钻杆连接头的下端面上，其外径大于所述钻杆连接头的外径，所述环部与所述钻杆试样挡片之间形成一供装设所述钻杆试样的凹环。

3.如权利要求1所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述偏心转动部包括有一偏心轮轴及一偏心轮，所述偏心轮轴的上端与所述激振电机的输出轴相连接，其下端套设固定有所述偏心轮，所述下轴承套设在所述偏心轮上；

其中，所述偏心轮的外侧凸设有一止挡环，所述止挡环相邻于所述下轴承的上侧，所述偏心轮上另套设有一下轴套，所述下轴套相邻于所述下轴承的下侧，其与所述偏心轮之间通过弹簧卡圈卡接固定；

其中，所述偏心轮轴能转动的对应穿设于所述通孔，其外侧由上至下依次套设有一上轴套及一上轴承，所述上轴套的上端与所述偏心轮轴外侧凸设的环肩接触，其下端则与所述上轴承相邻，所述上轴承则嵌设固定在所述通孔处。

4.如权利要求2所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述偏心转动部包括有一偏心轮轴及一偏心轮，所述偏心轮轴的上端与所述激振电机的输出轴相连接，其下端套设固定有所述偏心轮，所述下轴承套设在所述偏心轮上；

其中，所述偏心轮的外侧凸设有一止挡环，所述止挡环相邻于所述下轴承的上侧，所述偏心轮上另套设有一下轴套，所述下轴套相邻于所述下轴承的下侧，其与所述偏心轮之间通过弹簧卡圈卡接固定；

其中，所述偏心轮轴能转动的对应穿设于所述通孔，其外侧由上至下依次套设有一上轴套及一上轴承，所述上轴套的上端与所述偏心轮轴外侧凸设的环肩接触，其下端则与所述上轴承相邻，所述上轴承则嵌设固定在所述通孔处。

5.如权利要求1至4任一项所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述弹性移动部包括有一电机安装滑块、两弹性部及一推板，所述定位孔位于所述电机安装滑块上，所述电机安装滑块的两相对侧分别设有套接孔，各所述套接孔与各所述直轨相对应，且所述套接孔中嵌设有一滑套，所述电机安装滑块通过所述滑套对应套设在两所述直轨上，所述推板与所述后支座相邻，其能移动套设在两所述直轨上，两所述弹性部则对应套设在两所述直轨上，各所述弹性部的两端对应与所述电机安装滑块及所述推板相连接；

其中，所述电机安装滑块的前侧与所述碰撞杆上的所述碰撞锁母相接触，所述旋转系统的电机支架固定在所述电机安装滑块上，所述旋转电机则呈竖向固定在所述电机支架上，所述前支座上另安装有一激光位移传感器，所述激光位移传感器相邻于所述碰撞杆的一侧。

6.如权利要求5所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述弹性部包一弹簧、一前侧弹簧护套及一后侧弹簧护套，所述弹簧的两端对应嵌设固定在所述前侧弹簧护套及后侧弹簧护套中，所述前侧弹簧护套及后侧弹簧护套分别能移动的套设在所述直轨上，所述前侧弹簧护套与所述电机安装滑块的后侧面相连接，所述后侧弹簧护套与所述推板相连接。

7.如权利要求6所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述后支座上设有一调距机构，所述调距机构包括有一基座、一丝杆及一手动扳手，所述基座位于所述后支座上，其设有一螺纹孔，所述丝杆螺接于所述螺纹孔，其前端与所述推板相接触，其后端连接有所述手动扳手。

8.如权利要求7所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述推板上另设有一压力传感器，所述压力传感器与所述丝杆的位置相对，所述丝杆的前端对应与所述压力传感器相接触。

9.如权利要求1所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，所述平台部包括有一上平台及一下平台，所述泥浆槽固定在所述下平台上，所述上平台套设固定在所述泥浆槽的上端处，所述上平台与下平台之间的前侧及后侧对应通过所述前侧竖向滑套及后侧竖向滑套相连接，所述升降机的上端则与所述下平台相连接；

其中，所述夹持部包括多个顶丝及多个螺孔，各所述螺孔沿周向均布在所述泥浆槽的侧壁上，各所述顶丝对应螺接在各所述螺孔处。

10.如权利要求1或9所述的立式动载套管磨损试验机，其特征在于，另设有一泥浆循环系统，所述泥浆循环系统包括有一泥浆泵、一泥浆桶及一流量计，所述流量计安装在所述泥浆桶的出口上，所述泥浆槽的底端设有一出口部，所述出口部上安装有节流阀，其中，所述泥浆泵的输入口与所述流量计之间、所述泥浆泵的输出口与所述出口部之间、所述泥浆槽的开口端与所述泥浆桶的入口之间分别通过一注浆管线相连接。