CN106769143B - 轨道式多功能钻井实验台架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道式多功能钻井实验台架，由门架、液压缸、水龙头系统、平台底座构成。所述的门架主要实现钻进过程对钻柱的控制，为模拟直井、斜井、水平井，需门架在液压缸的作用下使钻机在0~90°之间旋转，水龙头系统作用是在实验过程中使钻柱钻进和旋转的同时还能实现流体循环，平台底座用来安放门架、液压缸和承受钻井实验的拉、压、扭载荷，还能在轨道上移动以实现不同类型的实验。本发明的轨道式多功能钻井实验台架利用门架和液压缸来实现钻机在不同角度的负载模拟实验，能快速获得现场实验无法取得或在短时期内不可能取得的中间实验数据，有效地加快新产品、新工艺投入现场生产井使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻井模拟实验领域中的轨道式多功能钻井实验台架。
背景技术
随着国内外对石油能源需求的增加，国内各油田公司不但重视国内石油资源的勘探和开采，而且积极参与国外市场的竞争，先进可靠的钻井工具是石油勘探和开发可靠保证。随着钻井技术的迅猛发展，大量钻井新工艺、新技术、新工具的出现，使得钻井工具的实验技术和手段必须与之相适应。小规模室内实验装置在许多方面已经满足不了当前钻井技术发展的需要。为克服和避免钻井过程的隐蔽性、复杂性给现场实验带来的风险，探索提高钻井的质量与速度、控制钻井成本、预防与解决钻井复杂和事故，国内外许多石油公司和研究院所都相继建立了钻井、采油、井控等实验井，使钻井等技术成果更具科学性和可靠性。目前，制约国内钻井科技人员创新开发钻井新工艺、新技术、新工具的技术瓶颈，是国内缺乏系统、完整的验证这些钻井新工艺、新技术、新工具性能、技术参数的中间实验系统平台，多功能钻井实验平台是进行多种井下工具及工艺技术研究必不可少的实验手段，因此，急需发展一种科学和产业化的多功能钻井实验平台。
现场实验井只能提供单一的作业工况，而各种井下复杂和事故不易出现，且井下复杂和事故又是钻井工作者不愿看到的结果，更不能为了实验而随意改变生产作业工况，在现场实验中增加生产作业的风险；用计算机硬件科学技术和相关的工程模拟软件研究成果使采用模拟实验井成为高效、可靠和便捷的新工具新工艺设计和检验手段，但从长远的技术及经济利益考虑，不宜用现场生产井实验代替模拟实验井实验。总之，只有模拟实验才能获得现场实验无法取得的或在短时期内不可能取得的中间实验数据；也只有模拟实验才能大大缩短实验周期，有效地克服未经任何中间实验就盲目地把新产品、新工艺投入现场生产井使用的弊端。从而可以避免一些不必要的无功作业和经济损失，使科研成果更具有科学性、可靠性、实用性和经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种靠液压改变门架角度实现水平井、斜井和竖直井模拟实验的轨道式多功能钻井实验台架，能为各种钻井工具、工艺实验提供起升、加压、旋转等动力，还能实现钻井液循环，同时还能与不同角度井筒对应，具有很好的可靠性、工作性能、安全性和稳定性，本发明的轨道式多功能钻井实验台架利用门架和液压缸来实现钻机在不同角度的负载模拟实验，能获得现场实验无法取得或在短时期内不可能取得的中间实验数据，能有效地加快新产品、新工艺投入现场生产井使用。
本发明的技术方案是：轨道式多功能钻井实验台架由门架、液压缸、水龙头系统、平台底座组成，所述的门架包括轨道上挡板、门架横梁、水龙头轨道、轨道横杆、门架立柱、轨道下挡板、门架双耳、销轴、回转销轴、门架支耳、立柱支耳，门架横梁通过螺栓连接固定在两个门架立柱之间，轨道横杆通过焊接固定在两水龙头轨道之间，水龙头轨道通过螺栓连接固定在门架横梁的中间位置，立柱支耳通过焊接固定在门架立柱的上半部分处，门架立柱垂直固定在门架双耳的平面上，门架双耳和门架支耳通过销轴连接；轨道式多功能钻井实验台架的液压缸由俯仰液压缸和拉压液压缸组成，俯仰液压缸是由俯仰液压缸柱塞和俯仰液压缸缸体组成，拉压液压缸是由拉压液压缸缸体和拉压液压缸柱塞组成，俯仰液压缸柱塞通过销钉a与立柱支耳连接，通过液压控制系统改变俯仰液压缸长度实现门架绕销轴转动，拉压液压缸缸体安放在水龙头轨道上，一端通过螺纹连接固定在轨道上挡板上，拉压液压缸柱塞通过销钉b安装于水龙头支耳上，通过液压控制系统改变拉压液压缸的长度实现水龙头系统沿水龙头轨道移动；所述的水龙头系统由动力水龙头、轨道滑板和扶正块组成，动力水龙头由液压马达和减速齿轮组成，作用为实现钻机的旋转提供扭矩和钻井液的循环，动力水龙头和扶正块通过螺钉固定在轨道滑板上，轨道滑板与水龙头轨道配合；所述的平台底座包括平台基座、钻杆夹持装置和轨道滑块，门架支耳通过螺栓连接安装在平台基座上，钻杆夹持装置安装在平台基座的井眼孔的下面便于夹住实验钻杆，平台基座的两边安有轨道滑块便于与地面轨道配合来实现移动多功能钻井实验台架，门架双耳通过销轴来实现与门架支耳连接，门架在俯仰液压缸的作用下改变与地面的夹角来实现多角度钻井实验模拟，由于多为竖直钻井实验模拟所以采用回转销轴来加强门架双耳和门架支耳连接增加实验台架的可靠性。
上述方案中的轨道式多功能钻井实验台架，为了实现钻具的旋转动作，采用连续回转的低速大扭矩液压马达来实现，将动力水龙头设计在门架横梁中心位置，在液压马达与钻具之间需采用齿轮实现力和转速的传递。
上述方案中的轨道式多功能钻井实验台架，为了模拟钻井钻进所需钻压和提升所需拉力的功能，通过液压系统控制伸缩拉压液压缸长度，来实现推动和拉升水龙头系统。
上述方案中的轨道式多功能钻井实验台架，为了对直井、斜井、水平井的多功能模拟实验，需要使钻机在0～90°之间旋转，依靠俯仰液压缸的伸缩来支撑门架绕销轴旋转来实现。
上述方案中轨道式多功能钻井实验台架所述的钻杆夹持装置，通过螺纹连接安装在平台基座底面的井口位置，钻杆夹持装置是由夹持液压缸缸体、夹持液压缸柱塞、夹持安装座、夹持块、垫块、压盖组成，通过液压控制系统改变液压，夹持液压缸柱塞作用于夹持块来实现夹住钻杆的动作。
上述方案中所述的轨道式多功能钻井实验台架在0～90°之间模拟钻井实验，为了增加门架支耳螺钉承受剪力的能力，设计了凹槽和剪力条。
上述方案中所述的轨道式多功能钻井实验台架，为了增加工作时候的稳定性，门架支耳处加装了门架回转销轴，并与俯仰液压缸支撑配合。
本发明的有益效果是；(1)用轨道式多功能钻井实验台架模拟实验能快速获得现场实验无法取得的或在短时期内不可能取得的中间实验数据；(2)利用伸缩液压缸来改变门架与地面的夹角，实现多角度钻井模拟实验，解决了一般实验台架的工作单一性，使该轨道式多功能钻井实验台架能够高度还原现场的多种工况；(3)能大大缩短实验周期，有效地克服未经任何中间实验就盲目地把新产品、新工艺投入现场生产井使用的弊端；(4)可以避免一些不必要的无功作业和经济损失，使科研成果更具有科学性、可靠性、实用性和经济性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明图1中的侧面图。
图3是水龙头系统结构示意图。
图4是钻杆夹持装置结构示意图。
图5是本发明的三维结构示意图。
图6是轨道式多功能钻井实验台架60°钻井模拟示意图。
图7是轨道式多功能钻井实验台架水平钻井模拟示意图。
图8门架双耳结构示意图。
图9门架支耳结构示意图。
图中1.轨道上挡板，2.门架横梁，3.水龙头轨道，4.轨道横杆，5.门架立柱，6.拉压液压缸缸体，7.拉压液压缸柱塞，8.水龙头系统，9.轨道下挡板，10.门架双耳，11.销轴，12.回转销轴，13.门架支耳，14.平台基座，15.立柱支耳，16.销钉a，17.俯仰液压缸柱塞，18.俯仰液压缸缸体，19钻杆夹持装置，20.轨道滑块，21.动力水龙头，22.销钉b，23.水龙头支耳，24.轨道滑板，25.扶正块，26夹持液压缸缸体，27液压缸柱塞，28.夹持安装座，29.夹持块，30.垫块，31.压盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图，轨道式多功能钻井实验台架其特征在于：所述的钻井实验台架由门架、液压缸、水龙头系统、平台底座组成，所述的门架包括轨道上挡板1、门架横梁2、水龙头轨道3、轨道横杆4、门架立柱5、轨道下挡板9、门架双耳10、销轴11、回转销轴12、门架支耳13、立柱支耳15，门架横梁2通过螺栓连接固定在两个门架立柱5之间，轨道横杆4通过焊接固定在两水龙头轨道3之间，水龙头轨道3通过螺栓连接固定在门架横梁的中间位置，立柱支耳15通过焊接固定在门架立柱5的上半部分处，门架立柱5垂直固定在门架双耳10的平面上，门架双耳10和门架支耳13通过销轴11连接。
所述轨道式多功能钻井实验台架的液压缸由俯仰液压缸和拉压液压缸组成，俯仰液压缸是由俯仰液压缸柱塞17和俯仰液压缸缸体18组成，拉压液压缸是由拉压液压缸缸体6和拉压液压缸柱塞7组成，俯仰液压缸柱塞17通过销钉a16与立柱支耳15连接，通过液压控制系统改变俯仰液压缸长度实现门架绕销轴11转动，拉压液压缸缸体6安放在水龙头轨道上，一端通过螺纹连接固定在轨道上挡板1上，拉压液压缸柱塞7通过销钉b22安装于水龙头支耳23上，通过液压控制系统改变拉压液压缸的长度实现水龙头系统沿水龙头轨道3移动。
所述的水龙头系统8由动力水龙头21、轨道滑板24和扶正块25组成，动力水龙头由液压马达和减速齿轮组成，作用为实现钻机的旋转提供扭矩和钻井液的循环，动力水龙头21和扶正块25通过螺钉固定在轨道滑板24上，轨道滑板24与水龙头轨道3配合，为模拟钻进所需钻压和提升所需拉力的功能，通过液压系统控制伸缩拉压液压缸长度，来实现推动和拉升水龙头系统。
所述的平台底座包括平台基座14、钻杆夹持装置19和轨道滑块20，门架支耳13通过螺栓连接安装在平台基座14上，钻杆夹持装置19安装在平台基座14的井眼孔的下面便于夹住实验钻杆，平台基座14的两边安有轨道滑块20便于与地面轨道配合来实现移动多功能钻井实验台架，门架双耳10通过销轴11来实现与门架支耳13连接，为对直井、斜井、水平井的多功能模拟，需要使钻机在0～90°之间旋转，依靠俯仰液压缸的伸缩来支撑门架绕销轴11旋转来实现，由于多为竖直钻井实验模拟所以采用回转销轴12来加强门架双耳10和门架支耳13连接增加实验台架的可靠性。
所述轨道式多功能钻井实验台架的钻杆夹持装置19，通过螺纹连接安装在平台基座14底面的井口位置，钻杆夹持装置19是由夹持液压缸缸体26、夹持液压缸柱塞27、夹持安装座28、夹持块29、垫块30、压盖31组成，通过液压控制系统改变液压，夹持液压缸柱塞27作用于夹持块29来实现夹住钻杆的动作。
Claims (7)
1.轨道式多功能钻井实验台架， 其特征在于：所述的钻井实验台架由门架、液压缸、水龙头系统、平台底座组成，所述的门架包括轨道上挡板(1)、门架横梁(2)、水龙头轨道(3)、轨道横杆(4)、门架立柱(5)、轨道下挡板(9)、门架双耳(10)、销轴(11)、回转销轴(12)、门架支耳(13)、立柱支耳(15)，门架横梁(2)通过螺栓连接固定在两个门架立柱(5)之间，轨道横杆(4)通过焊接固定在两水龙头轨道(3)之间，水龙头轨道(3)通过螺栓连接固定在门架横梁的中间位置，立柱支耳(15)通过焊接固定在门架立柱(5)的上半部分处，门架立柱(5)垂直固定在门架双耳(10)的平面上，门架双耳(10)和门架支耳(13)通过销轴(11)连接；轨道式多功能钻井实验台架的液压缸由俯仰液压缸和拉压液压缸组成，俯仰液压缸是由俯仰液压缸柱塞(17)和俯仰液压缸缸体(18)组成，拉压液压缸是由拉压液压缸缸体(6)和拉压液压缸柱塞(7)组成，俯仰液压缸柱塞(17)通过销钉a(16)与立柱支耳(15)连接，通过液压控制系统改变俯仰液压缸长度实现门架绕销轴(11)转动，拉压液压缸缸体(6)安放在水龙头轨道上，一端通过螺纹连接固定在轨道上挡板(1)上，拉压液压缸柱塞(7)通过销钉b(22)安装于水龙头支耳(23)上，通过液压控制系统改变拉压液压缸的长度实现水龙头系统沿水龙头轨道(3)移动；所述的水龙头系统(8)由动力水龙头(21)、轨道滑板(24)和扶正块(25)组成，动力水龙头由液压马达和减速齿轮组成，作用为实现钻机的旋转提供扭矩和钻井液的循环，动力水龙头(21)和扶正块(25)通过螺钉固定在轨道滑板(24)上，轨道滑板(24)与水龙头轨道(3)配合；所述的平台底座包括平台基座(14)、钻杆夹持装置(19)和轨道滑块(20)，门架支耳(13)通过螺栓连接安装在平台基座(14)上，钻杆夹持装置(19)安装在平台基座(14)的井眼孔的下面便于夹住实验钻杆，平台基座(14)的两边安有轨道滑块(20)便于与地面轨道配合来实现移动多功能钻井实验台架，门架双耳(10)通过销轴(11)来实现与门架支耳(13)连接，门架在俯仰液压缸的作用下改变与地面的夹角来实现多角度钻井实验模拟，由于多为竖直钻井实验模拟所以采用回转销轴(12)来加强门架双耳(10)和门架支耳(13)连接增加实验台架的可靠性。
2.根据权利要求1所述的轨道式多功能钻井实验台架，其特征是：为模拟钻井的钻具旋转，采用连续回转的低速大扭矩液压马达来实现，将动力水龙头(21)设计在实验台架的门架横梁(2)中心位置，在液压马达与钻具之间需要采用齿轮实现转速和力的传递。
3.根据权利要求1所述的轨道式多功能钻井实验台架，其特征是：为模拟钻井钻进所需钻压和提升所需拉力的功能，通过液压系统控制伸缩拉压液压缸长度，来实现推动和拉升水龙头系统。
4.根据权利要求1所述的轨道式多功能钻井实验台架，其特征是：为了对直井、斜井、水平井的多功能模拟，需要使钻机在0～90°之间旋转，依靠俯仰液压缸的伸缩来支撑门架绕销轴(11)旋转来实现。
5.根据权利要求1所述的轨道式多功能钻井实验台架，其特征是：所述的钻杆夹持装置(19)通过螺纹连接安装在平台基座(14)底面的井口位置，钻杆夹持装置(19)是由夹持液压缸缸体(26)、夹持液压缸柱塞(27)、夹持安装座(28)、夹持块(29)、垫块(30)、压盖(31)组成，通过液压控制系统改变液压，夹持液压缸柱塞(27)作用于夹持块(29)来实现夹住钻杆的动作。
6.根据权利要求4所述的轨道式多功能钻井实验台架,其特征是：所述的轨道式多功能钻井实验台架在0～90°之间模拟钻井实验，为了增强门架支耳(13)螺钉承受剪力的能力，设计了凹槽和剪力条。
7.根据权利要求4所述的轨道式多功能钻井实验台架，其特征是：为了增加工作时候的稳定性，门架支耳(13)处加装了门架回转销轴(12)，并与俯仰液压缸支撑配合。
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| GR01 | Patent grant | ||
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