CN104215438A - 一种旋转导向系统导向能力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转导向系统（或工具）导向能力测试装置。主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。本发明的优点在于：通过测量导向机构推靠在井筒轴向、径向应力与应变，实现推靠力的大小、推靠力作用位置的准确测定；完成影响导向能力的钻铤转速波动、钻井液压力大小、井底粘滑等因素的评价。

Description

一种旋转导向系统导向能力测试装置

技术领域

本发明涉及旋转导向钻井技术领域的一种导向能力测试装置，具体是一种旋转导向系统（或工具）导向能力测试装置。

背景技术

旋转导向钻井技术在国内外钻井行业的应用日趋增多，取得了巨大的经济效益。由于旋转导向钻井技术工作过程中的导向巴掌推力特征、推靠位置及其受到井底粘滑、钻铤转速等因素的影响，就需要专门的导向能力测试装置来检验检验旋转导向机构的性能指标，指导相关设备的软硬件设计与改进。

国外技术公司能够提供系统的旋转导向钻井技术服务和商业化的旋转导向钻井工具。如斯伦贝谢、贝壳休斯等大型石油仪器公司都自行研制开发了相关的旋转导向工具及导向能力测试设备，通过在地面条件下模拟使国外公司旋转导向钻井工具的可靠性和市场竞争力大大提高。这些测试设备均属国外公司自行研制开发和自己应用，由于技术保密的缘故，尚无相关技术信息的公开。

国内由于起步较晚，尚未开发出类似的导向能力测试设备。几家研究机构虽然开展了这方面的工作，多数处在实验室阶段。并且由于各个研究机构的技术水平参差不齐，自行研制、仿制的旋转导向钻井工具工作过程中出现故障的频率较高，给实际的钻井生产带来了不必要的损失，部分甚至延误钻井工期，直接影响了国产旋转导向钻井工具的使用和产业化进程。

发明内容

本发明目的是针对国外技术的封锁和国内技术的空白状态，提供一种测量导向机构工作过程中产生的推靠力大小与推靠位置，为导向机构控制系统与控制算法的改进、机械与传动机构的优化等工作提供技术保障的旋转导向系统导向能力测试装置。

本发明的技术方案：

一种旋转导向系统导向能力测试装置，主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。

上述方案还包括：

应变片模块包括四组应变片，并均匀分布在测试井筒的外周边；其中一组测量应变片和一组补偿应变片组合为第一组应变片模块组，另一组测量应变片和另一组补偿应变片组合为第二组应变片模块组。

上述方案进一步包括：每组应变片的数量为16个。 

两组应变片模块组中，每四个测量应变片和对应的补偿应变片的引线连接到一个引线端子。

在测试井筒外部设有连接线安装支架，该支架由输入端子区及输出端子区组成，输入端子区与测试井筒外壁上引线端子排连接，输出端子区与应变测量模块的以太网机箱连接。

测试井筒设有模拟水平井入井角度调节支架，水平角度为0°-10°调节。

测试井筒的封闭端设有泄压堵头。

本发明的旋转导向系统导向能力测试装置，在测试井筒的导向巴掌区域安装测量应变片，测量旋转导向工具工作时巴掌推出时对井筒的应力，通过连接线安装支架把测量的数据传输至应变测量模块进行分析，从而判断巴掌推出的位置及力的大小，进一步分析旋转导向工具的导向能力。

本发明的优点在于：通过测量导向机构推靠在井筒轴向、径向应力与应变，实现推靠力的大小、推靠力作用位置的准确测定；完成影响导向能力的钻铤转速波动、钻井液压力大小、井底粘滑等因素的评价。

附图说明

图1  为本发明一种典型实施例的结构示意图

图2  应变片模块布置方案图

图3 应变片在展开的测试井筒井外壁的定位示意图

图4  连接线安装支架部分示意图

图5  应变测量模块部分示意图

图中：

1  测试井筒           2 旋转导向工具         3导向巴掌

4  应变片模块         5密封转盘             6 泄压堵头

7  测量应变片A组      8 测量应变片B组       9 补偿应变片C组

10 补偿应变片D组     11 引线端子排          12 输入端子

13 输出端子           14输入端子区           15输出端子区

16连接线安装支架      17 插头座              18以太网机箱

19 电源插座           20 计算机插座          21计算机

22 应变测量模块。

具体实施方式

实施例1

一种旋转导向系统导向能力测试装置，主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。

实施例2

一种旋转导向系统导向能力测试装置，主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。应变片模块包括四组应变片，并均匀分布在测试井筒的外周边；其中一组测量应变片和一组补偿应变片组合为第一组应变片模块组，另一组测量应变片和另一组补偿应变片组合为第二组应变片模块组。

实施例3

一种旋转导向系统导向能力测试装置，主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。应变片模块包括四组应变片，并均匀分布在测试井筒的外周边；其中一组测量应变片和一组补偿应变片组合为第一组应变片模块组，另一组测量应变片和另一组补偿应变片组合为第二组应变片模块组。每组应变片的数量为16个。两组应变片模块组中，每四个测量应变片和对应的补偿应变片的引线连接到一个引线端子。

上述实施例1、2、3中，测试井筒设有模拟水平井入井角度调节支架，水平角度为0°-10°调节。测试井筒的封闭端设有泄压堵头。

典型实施例

下面结合附图1、2、3、4、5对本发明作出进一步描述。

该测试装置包括：测试井筒1，连接线安装支架16及应变片模块4、应变测量模块22组成。其中在测试井筒的巴掌区域安装测量应变片，测量旋转导向工具工作时导向巴掌3对井筒的应力大小，通过连接线安装支架16把测量的数据传输至应变测量模块22进行分析，从而判断巴掌推出的位置及力的大小，进一步分析旋转导向工具的导向能力。应变测量模块装有数据采集软件的监控计算机；连接线主要包括屏蔽电缆线、以太网线和应变片自带的引线。结合图1，测试井筒1按照旋转导向工具2的尺寸进行配套设计，严格计算旋转导向工具2的导向巴掌3位置以便安装应变片模块4，测试井筒1的密封转盘5可带动旋转导向工具2旋转，同时泥浆泵泵入循环液，循环液从旋转导向工具2出口流出，充满整个井筒，泵排量可达到35L/s。通电后旋转导向工具2进入工作状态，导向巴掌3不停的支出，拍打测试井筒1内壁，造成应变片模块4产生形变，从而输出形变信号。完成测试后，打开泄压堵头6放出循环液。测试井筒1模拟水平井入井角度，可0°-10°调节。

图2所示，为了测量导向巴掌3拍打测试井筒壁时产生的应变，共设计粘贴四组应变片，包括测量应变片A组7、测量应变片B组8，补偿应变片C组9、补偿应变片D组10，测量应变片用来测量应变，补偿应变片起到补偿作用，如温度补偿等。测试井筒外壁的周长为72.6cm，将周长进行32等分，每两等分粘贴一片应变片。A组和B组应变片的位置交错，以增加测量的分辨率。将被测点用铅笔画好十字交叉线以便定位，应变片在展开的模拟井筒壁的定位如图3所示。在十字交叉线所定位处的表面用砂布进行打磨，打磨方向与所测应变方向呈45°，打磨后表面呈现毛面。在应变片背面滴粘贴剂，将应变片粘贴在标记位置，覆盖聚乙烯树脂片并固定加压，粘贴剂的固化需要半小时。

测量应变片A、B组均包括16对应变片，其中每4对应变片的引线连接到一个引线端子排11，再由端子集中引出。因此，共需8个端子排，其位置展开分布如图3所示。应用泡沫双面胶把引线端子排11粘贴在测试井筒1外壁上，引线端子排11两端用透明胶带再加以固定。引线端子排11的引线套上热缩管，以保护应变片引线和保证引线与模拟井筒外壁绝缘。

图4表示连接线安装支架示意图，它由输入端子区14及输出端子区15组成，输入端子区14采集由测试井筒1外壁上引线端子排11的信号，并通过输出端子区15输送到应变测量模块18。输入端子区14与引线端子排11采用5芯屏蔽线连接，输出端子区15与应变测量模块18之间用以太网线连接，每一根以太网线对应一对应变片，即一路测量信号。

    图5为应变测量模块示意图，包括以太网机箱18和测试计算机21。选用8槽的以太网机箱18，可将8个特制插头座17插入，实现32路信号的处理。装有8个特制插头座17的以太网机箱18与计算机仅需用一根以太网线连接即可，实现32路信号的传输。测试计算机21装有数据采集软件。

Claims (7)

1.一种旋转导向系统导向能力测试装置，主要由测试井筒、应变片模块及应变测量模块组成，其中应变测量模块包括以太网机箱和测试计算机，其特征是：测试井筒一端封闭，另一端设有与旋转导向工具固连的密封转盘，应变片模块设在测试井筒的外周边，并与固连后的旋转导向工具中的导向巴掌区域相对应。

2.根据权利要求1所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：应变片模块包括四组应变片，并均匀分布在测试井筒的外周边；其中一组测量应变片和一组补偿应变片组合为第一组应变片模块组，另一组测量应变片和另一组补偿应变片组合为第二组应变片模块组。

3.根据权利要求2所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：每组应变片的数量为16个。

4.根据权利要求3所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：两组应变片模块组中，每四个测量应变片和对应的补偿应变片的引线连接到一个引线端子。

5.根据权利要求4所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：在测试井筒外部设有连接线安装支架，该支架由输入端子区及输出端子区组成，输入端子区与测试井筒外壁上引线端子排连接，输出端子区与应变测量模块的以太网机箱连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：测试井筒设有模拟水平井入井角度调节支架，水平角度为0°-10°调节。

7.根据权利要求6所述的旋转导向系统导向能力测试装置，其特征是：测试井筒的封闭端设有泄压堵头。