CN104420864A - 一种钻井工具模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井工具模拟试验系统，涉及钻井工具模拟性能试验装置；它包括有工具试验台架、热油循环测量控制装置、振幅与频率测量装置以及恒力加载装置，所述工具试验台架内设有被测试件，所述恒力加载装置包括有为被测试件提供加载力的液压缸、与液压缸连接的液压加载回路、对加载力进行控制的和调节的弹性平衡缸以及与弹性平衡缸连接的气压调节阀组，所述液压缸的活塞将液压缸分为有杆腔与无杆腔，其中无杆腔即为上述的弹性平衡缸；本发明的有益效果是：本发明能够实现对被测工件在模拟实际工作温度、工作流量和轴向载荷的条件下，测试工具性能参数和工作寿命，能够充分模拟现场的实际工况，真实检测被试工件各项性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及钻井工具模拟性能试验装置，具体涉及钻井工具在高温大流量液体循环过程中进行加载和震动的试验装置。
【背景技术】
近年来，随着常规油气资源勘探开发难度加大和油气消费的日益增长，非常规油气资源已成为国内外油气勘探开发的热点。国内油田非常规油气藏主要包括致密砂岩和页岩、非常规致密砂岩油气藏是未来一个时期增储上产的主阵地。面对致密性砂岩和页岩，采用水平井钻井技术是提高产量的主要技术手段。采用小井眼钻井技术，能够有效地降低钻具重量和提高方向的可控性，提高靶心命中率。
水平井和小井眼井的主要钻井工具为螺杆钻具、井下液力冲击器和震击器。由于这些钻井工具的使用量大，在国内逐步的发展这类工具的设计和生产。因为技术起点不同，国内的这些井下钻井工具使用寿命差别很大。为了综合评价这些工具的使用性能和寿命，需要建造能够模拟井下使用环境的试验室测试其性能参数。
在国内，此类钻井工具尚没有完备的试验室进行测试和评估。各个生产厂家建造的一些测试平台不符合实际使用工况，测试过程中无法实现恒定载荷下的震动工况，在常温条件下的测试结果无法保证与实际使用性能的一致性。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种钻井工具模拟试验系统，该钻井工具模拟试验系统能够实现对工具在模拟实际工作温度、工作流量和轴向载荷的条件下，测试工具性能参数和工作寿命。
本发明的技术方案是这样实现的：它包括有工具试验台架、热油循环测量控制装置以及振幅与频率测量装置，所述工具试验台架内设有被测试件，所述热油循环测量控制装置包括有用于对被测试件提供导热油的液压回路，其改进之处在于：它还包括有一恒力加载装置，该恒力加载装置包括有为被测试件提供加载力的液压缸、与液压缸连接的液压加载回路、对加载力进行控制和调节的弹性平衡缸以及与弹性平衡缸连接的气压调节阀组，所述液压缸的活塞将液压缸分为有杆腔与无杆腔，其中无杆腔即为上述的弹性平衡缸。
进一步的，所述液压加载回路由油缸、液压泵、单向阀、电磁阀以及电液换向阀依次连接而成，且所述单向阀与电磁阀之间还设有一溢流阀，该溢流阀的出口连通至油缸内。
进一步的，所述气压调节阀组由气泵、压力变送器以及压力显示表组成。
进一步的，所述液压回路包括依次连接的循环油箱、流量计、温度传感器以及外置循环柱塞泵，所述外置循环柱塞泵连接至被测试件腔体内，且被测试件的腔体通过另一油路连接至循环油箱内。
进一步的，所述液压回路还包括有一压力传感器与一回流阀，所述外置循环柱塞泵与被测试件之间的油路上还具有连接至循环油箱内的一回流油路，所述压力传感器与回流阀即设置在回流油路上。
进一步的，所述循环油箱连接至一导热油加热装置，该导热油加热装置用于将循环油箱内冷却的液压油加热后传送至循环油箱内。
进一步的，所述循环油箱与流量计之间、温度传感器与外置循环柱塞泵之间以及外置循环柱塞泵与被测试件之间的油路上均设置有球阀。
进一步的，所述振幅与频率测量装置包括有一传感器，该传感器安装在被测试件上，用于测试被测试件振动幅度和最大振动加速度。
本发明的有益效果在于：其一、本发明采用循环加热和大排量循环的方式，在模拟实际流量的条件下保证了循环介质的温度，能够充分模拟现场的实际工况，真实检测被试工件各项性能；其二、本发明采用弹性平衡缸实现固定载荷下的震动，填补了国内井下工具试验装置无法实现固定载荷和震动同时存在的工况，为井下工具的性能检测提供了更为准确有效的检测手段；其三、采用本发明的试验装置检测后的井下工具，各项性能准确可靠，在现场生产中的事故发生率大大降低，提高了现场的生产效率和施工安全；其四、本发明可对螺杆钻具、井下液力冲击器和震击器等井下工具进行性能测试，适用工具范围广。
【附图说明】
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明的恒力加载装置的工作原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
参照图1所示，本发明揭示了一种钻井工具模拟试验系统，该钻井工具模拟试验系统包括有工具试验台架10、热油循环测量控制装置以及振幅与频率测量装置20，工具试验台架10内部设有被测试件101，热油循环测量控制装置包括有用于对被测试件提供导热油的液压回路，在本实施例中，液压回路包括依次连接的循环油箱301、流量计302、温度传感器303以及外置循环柱塞泵304，外置循环柱塞泵304连接至被测试件101上，且被测试件101通过另一油路连接至循环油箱301内，在被测试件101与循环油箱301之间的油路上设有球阀311与球阀312，循环油箱301与流量计302之间设有球阀305，温度传感器303与外置循环柱塞泵304之间设有球阀306，外置循环柱塞泵304与被测试件101之间的油路上设置有球阀307与球泵308；液压回路还包括有一压力传感器309与一回流阀310，外置循环柱塞泵304与被测试件101之间的油路上还具有连接至循环油箱301内的一回流油路，压力传感器309与回流阀310即设置在回流油路上；上述的循环油箱301连接至一导热油加热装置40，该导热油加热装置40用于将循环油箱301内冷却的液压油加热后传送至循环油箱301内，导热油加热装置40与循环油箱301之间设有球阀401与球阀402。
结合图2，本发明的钻井工具模拟试验系统还包括有一恒力加载装置50，该恒力加载装置50包括有为被测试件提供加载力的液压缸501、与液压缸501连接的液压加载回路、对加载力进行控制的和调节的弹性平衡缸501以及与弹性平衡缸502连接的气压调节阀组，液压缸501的活塞将液压缸501分为有杆腔与无杆腔，其中无杆腔即为上述的弹性平衡缸502。上述的液压加载回路由油缸503、液压泵504、单向阀505、电磁阀506以及电液换向阀507依次连接而成，且所述单向阀505与电磁阀506之间还设有一溢流阀508，该溢流阀508的出口连通至油缸503内；上述的气压调节阀组由气泵509、压力变送器510以及压力显示表511组成，结合图2，气泵509、压力变送器510以及压力显示表511均设置在单向阀505与电磁阀506之间的管路上，且气泵509和压力变送器510分别设置在溢流阀508与该管路的连接点的两侧。
通过上述的结构，本发明的钻井工具模拟试验系统利用导热油循环加热装置40对循环油箱301的循环油进行加热，被加热的油通过外置循环柱塞泵304进行循环。循环的流量通过流量计302测量，流量大小通过回流阀310和设备转速进行调节；循环油通过循环接入工具试验台架10上的被测试件101，通过被测试件101后返回到循环油箱301，完成测试加热循环。恒力加载装置50启动后，液压泵504对液压缸501进行推理加载，当加载到位置后，锁定液压加载回路，并对弹性平衡缸501加压，对弹性平衡缸501进行加载，控制气压到加载力之后温度和气压，此时稳定的气压就为被测试件101提供了稳定的轴向加载推力。试验完成之后，卸掉气体压力，再打开液压加载回路放松液压缸501，卸载工件完成试验。
本发明此种对被测工件101的试验系统，能够实现对被测工件101在模拟实际工作温度、工作流量和轴向载荷的条件下，测试工具性能参数和工作寿命。本发明采用循环加热和大排量循环的方式，在模拟实际流量的条件下保证了循环介质的温度，能够充分模拟现场的实际工况，真实检测被试工件各项性能；采用弹性平衡缸实现固定载荷下的震动，填补了国内井下工具试验装置无法实现固定载荷和震动同时存在的工况，为井下工具的性能检测提供了更为准确有效的检测手段；另外，采用本发明的试验装置检测后的井下工具，各项性能准确可靠，在现场生产中的事故发生率大大降低，提高了现场的生产效率和施工安全。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。
Claims (8)
1.一种钻井工具模拟试验系统，它包括有工具试验台架、热油循环测量控制装置以及振幅与频率测量装置，所述工具试验台架内设有被测试件，所述热油循环测量控制装置包括有用于对被测试件提供导热油的液压回路，其特征在于：它还包括有一恒力加载装置，该恒力加载装置包括有为被测试件提供加载力的液压缸、与液压缸连接的液压加载回路、对加载力进行控制的和调节的弹性平衡缸以及与弹性平衡缸连接的气压调节阀组，所述液压缸的活塞将液压缸分为有杆腔与无杆腔，其中无杆腔即为上述的弹性平衡缸。
2.根据权利要求1所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述液压加载回路由油缸、液压泵、单向阀、电磁阀以及电液换向阀依次连接而成，且所述单向阀与电磁阀之间还设有一溢流阀，该溢流阀的出口连通至油缸内。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述气压调节阀组由气泵、压力变送器以及压力显示表组成。
4.根据权力要求1所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述液压回路包括依次连接的循环油箱、流量计、温度传感器以及外置循环柱塞泵，所述外置循环柱塞泵连接至被测试件上，且被测试件通过另一油路连接至循环油箱内。
5.根据权利要求4所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述液压回路还包括有一压力传感器与一回流阀，所述外置循环柱塞泵与被测试件之间的油路上还具有连接至循环油箱内的一回流油路，所述压力传感器与回流阀即设置在回流油路上。
6.根据权力要求4所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述循环油箱连接至一导热油加热装置，该导热油加热装置用于将循环油箱内冷却的液压油加热后传送至循环油箱内。
7.根据权利要求4所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述循环油箱与流量计之间、温度传感器与外置循环柱塞泵之间以及外置循环柱塞泵与被测试件之间的油路上均设置有球阀。
8.根据权利要求1所述的一种钻井工具模拟试验系统，其特征在于：所述振幅与频率测量装置包括有一传感器，该传感器安装在被测试件上，用于测试被测试件振动幅度和最大振动加速度。
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