CN107328595A - 钻井工具的性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井工具的性能测试系统，包括：具有用于支撑待测工具的底座的测试台，待测工具具有相对的介质入口端和介质出口端；在底座与待测工具之间设置有冲击感应器；测试台的下部设置有减震装置；介质循环机构，其能分别与介质入口端和介质出口端相连通，介质循环机构通过管线设置有：泥浆泵、储水箱以及蓄能器；与介质入口端、介质出口端相连通的位置分别设置有钻井液入口压力表和钻井液出口压力表；数据处理单元，与冲击传感器、钻井液入口、出口压力表电性连接。本发明提供的钻井工具的性能测试系统，能够适用于液压剧烈波动和机械振动强烈的工况，可靠地获取待测工具的压耗、冲击频率等性能参数。

Description

钻井工具的性能测试系统

技术领域

本发明涉及石油勘探钻井技术领域，特别涉及一种钻井工具的性能测试系统。

背景技术

随着我国油气资源勘探的不断深入，各种冲击作用的钻井工具的应用范围不断扩大，其性能优劣直接影响钻井的破岩效率。

钻井工具使用时需要利用专用的测试系统对其进行性能测试，获得相应的压耗、冲击频率等性能参数。然而，由于这些钻井工具工作时会产生剧烈的液压波动和强烈的机械震动作用，容易导致测试系统本身很快损坏，因此对测试系统的安全性、可靠性和寿命都提出了严峻的挑战。

因此，有必要提出一种钻井工具的性能测试系统，其能够适用于液压剧烈波动和机械振动强烈的工况，可靠地获取待测工具的性能参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井工具的性能测试系统，能够适用于液压剧烈波动和机械振动强烈的工况，可靠地获取待测工具的压耗、冲击频率等性能参数。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种钻井工具的性能测试系统，包括：

测试台，所述测试台具有用于支撑待测工具的底座，所述待测工具具有中空的纵长本体，其具有相对的介质入口端和介质出口端；在所述底座与所述待测工具之间设置有冲击感应器；所述测试台的下部设置有减震装置；

介质循环机构，其能分别与所述待测工具的介质入口端和介质出口端相连通，所述介质循环机构通过管线设置有：泥浆泵、储水箱以及蓄能器；与所述介质入口端、介质出口端相连通的位置分别设置有钻井液入口压力表和钻井液出口压力表；

数据处理单元，其与所述冲击传感器、钻井液入口压力表和钻井液出口压力表电性连接。

在一个优选的实施方式中，所述测试台的底座上设置有支撑件，所述支撑件上设置有至少一个卡合部。

在一个优选的实施方式中，所述待测工具呈管状，所述卡合部为内径大于所述待测工具外径的圆环，至少一个卡合部位于靠近所述测试工具的介质入口端。

在一个优选的实施方式中，所述减震装置设置在所述底座的外围，其最低位置低于所述底座，能将所述底座悬空。

在一个优选的实施方式中，所述减震装置的形式包括下述中的任意一种：充气式、液压式。

在一个优选的实施方式中，所述蓄能器设置在所述介质入口端至所述泥浆泵之间的管线上。

在一个优选的实施方式中，所述储水箱位于所述介质出口端至所述泥浆泵之间的管线上。

在一个优选的实施方式中，所述泥浆泵设置有电机，所述电机为无极变频调速电机，所述钻井工具的性能测试系统还包括与所述电机电性连接的控制柜。

在一个优选的实施方式中，所述介质循环机构的管线上还设置有流量计，所述流量计与所述数据处理单元电性连接。

在一个优选的实施方式中，所述蓄能器为皮囊式充气蓄能器。

由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，本申请实施方式中提供了一种石油钻井工具的性能测试系统，通过在测试台下部设置减震装置，并且在介质循环机构上设置蓄能器，能够耐久地工作在液压剧烈波动、机械冲击震动强烈的工况环境中，可靠地获取压耗、冲击频率等性能参数。并且本申请所提供的钻井工具的性能测试系统历经数年的测试工作，实际验证了：其具有突出的可靠性、安全性和灵活性，能够准确地测试得到石油钻井工具的液压和机械震动性能参数。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请一个实施方式提供的钻井工具的性能测试系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施方式提供的利用钻井工具的性能测试系统的获取的机械震动性能测试结果曲线图。

附图标记说明：

1-控制柜；2-泥浆泵；3-储水箱；4-蓄能器；5-测试台；6-待测工具；7-冲击感应器；8-减震装置；9-钻井液入口压力表；10-钻井液出口压力表；11-流量计；12-数据处理单元。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种钻井工具的性能测试系统，能够适用于液压剧烈波动和机械振动强烈的工况，可靠地获取压耗、冲击频率等性能参数。

请结合参阅图1，本申请实施方式中提供的一种钻井工具的性能测试系统可以包括：测试台5，所述测试台5具有用于支撑待测工具6的底座，所述待测工具6具有中空的纵长本体，其具有相对的介质入口端和介质出口端；在所述底座与所述待测工具6之间设置有冲击感应器7；所述测试台5的下部设置有减震装置8；介质循环机构，其能分别与所述待测工具6的介质入口端和介质出口端相连通，所述介质循环机构通过管线设置有：泥浆泵2、储水箱3以及蓄能器4；与所述介质入口端、介质出口端相连通的位置分别设置有钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10；数据处理单元12，其与所述冲击传感器、钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10电性连接。

本申请实施方式中提供了一种石油钻井工具的性能测试系统，通过在测试台5下部设置减震装置8，并且在介质循环机构上设置蓄能器4，能够耐久地工作在液压剧烈波动、机械冲击震动强烈的工况环境中，可靠地获取压耗、冲击频率等性能参数。并且历经数年的测试工作检验了其可靠性、安全性和灵活性，能够准确地测试得到石油钻井工具的液压和机械震动性能参数。

在本实施方式中，测试台5用于安装待测工具6。一般的，待测工具6呈中空的纵长型管状。所述测试台5可以包括：底座以及设置在底座上的支撑件，所述支撑件的长度可以与所述待测工具6的长度相接近。所述支撑件具有相对的底端和顶端，所述底端固定在所述底座上，在所述支撑件上可以设置有至少一个卡合部，所述卡合部用于卡合所述待测工具6，以便对待测工具6进行限位。具体的，所述卡合部可以为内径略大于所述待测工具6外径的圆环。当然，所述卡合部的具体形状和构造可以根据待测工具6的不同而作适应性调整，其并不限于上述举例，本申请在此并不作具体的限定。此外，所述卡合部的个数可以为一个也可以为多个，当所述卡合部的个数为一个时，优选的，所述卡合部设置在远离所述底座的一端。当所述卡合部的个数为多个时，多个所述卡合部可以沿着支撑件的延伸方向均匀布置。

所述待测工具6具有相对的第一端和第二端，相应的，所述第一端位置设置有第一端口，所述第二端位置设置有第二端口。其中，所述第一端为靠近所述测试台5底座的一端，所述第一端口为介质出口端；相应的，所述第二端为远离所述测试台5底座的一端，所述第二端口为介质入口端。

在所述第一端与所述测试台5底座之间设置有所述冲击感应器7。所述冲击感应器7用于感应震动冲击参数，具体的，可以包括：震动冲击频率、震动作用力。

在本实施方式中，在所述测试台5的下部设置有减震装置8。具体的，例如所述测试台5可以设置在所述底座的外围，其最低位置低于所述底座，从而能够将所述测试台5悬空。使用时，所述减震装置8用于吸收待测工具6工作产生的强烈机械震动并减缓噪声。具体的，所述减震装置8的形式可以为：充气式减震装置、液压式减震装置，或者还可以为可变阻尼的形式等。

在本实施方式中，所述减震装置8的具体形式并不限于上述举例，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，还可能做出其他的变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

在本实施方式中，介质循环机构能分别与所述待测工具6的介质入口端和介质出口端相连通，用于为所述待测工具6提供模拟钻井液。具体的，所述介质循环机构通过管线设置有泥浆泵2和储水箱3。其中，所述泥浆泵2用于为所述介质循环机构提供流动的动力。具体的，所述泥浆泵2设置有电机，所述电机为无极变频调速电机，所述钻井工具的性能测试系统还包括与所述电机电性连接的控制柜1。通过所述控制柜1可以调节所述电机的运行参数，从而改变提供给所述待测工具6的液体压力和流量。其中，储水箱3一方面用于接收从待测工具6的介质出口端流出的液体，另一方面用于向所述泥浆泵2提供液体。具体的，所述储水箱3可以位于所述介质出口端至所述泥浆泵2之间的管线上，其具有相对的上入口和下出口。其中，所述上入口的高度高于所述下出口的高度。所述上入口通过管线与所述待测工具6的介质出口端相连通，所述下出口通过管线与所述泥浆泵2相连通。当所述泥浆泵2启动后，将所述储水箱3中的液体抽入，增压后泵出，泵出的液体经过管线流入待测工具6的介质入口端，流经待测工具6后，从待测工具6的介质出口端重新流入所述储水箱3中，实现了介质(模拟钻井液体)的循环利用。

在本实施方式中，所述循环管线上通过设置所述蓄能器4可以减缓管线中的液压波动，从而保护整个钻井工具的性能测试系统，同时保证测试数据的准确性。

其中，蓄能器4是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它能在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。

一般的，循环管线中循环的液体是不可压缩的液体，或者说压缩的空间十分有限。也就是说利用循环液体是无法蓄积压力能的，必须依靠其他介质来转换、蓄积压力能。在一个实施方式中，所述蓄能器4可以为利用气体(例如氮气)的可压缩性质研制的皮囊式充气蓄能器。皮囊式蓄能器4由油液部分和带有气密封件的气体部分组成，位于皮囊周围的油液与油液回路接通。当压力升高时油液进入蓄能器4，气体被压缩，系统管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩空气膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降。

在本实施方式中，所述蓄能器4的具体形式并不限于上述举例，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，还可能做出其他的变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

具体的，所述蓄能器4可以设置在所述介质入口端至所述泥浆泵2之间的管线上。当所述蓄能器4位于所述介质入口端的上游管线上时，其能够吸收提供给介质入口端的液体的液压波动，使得进入介质入口端的液体具有稳定的压力。

在本实施方式中，与所述介质入口端、介质出口端相连通的位置分别设置有钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10。其中，所述钻井液入口压力表9用于测试所述待测工具6介质入口端的压力；所述钻井液出口压力表10用于测试所述待测工具6介质出口端的压力。所述钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10分别与所述数据处理单元12电性连接，已将感测到的压力信号传输给所述数据处理单元12。

在本实施方式中，数据处理单元12与所述冲击传感器、钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10电性连接。所述冲击传感器获取的感应信号包括：冲击作用力和作用频率传输给所述数据处理单元12。所述钻井液入口压力表9和钻井液出口压力表10获取的压力信号传输给所述数据处理单元12。

进一步的，所述介质循环机构的管线上还可以设置有流量计11，所述流量计11与所述数据处理单元12电性连接。所述流量计11用于获取所述循环管线中的液体流量。当所述流量计11与所述数据处理单元12电性连接时，可以将其获取的流量信号传输给所述数据处理单元12。

在一个具体的实施方式中，当利用该钻井工具的性能测试系统进行测试时，可以通过调整泥浆泵2电机的频率的方式改变泥浆泵2输出介质的流量，在预定的泥浆泵2输出介质的流量下，分别记录下钻井液入口压力表9获取的介质入口压力、钻井液出口压力表10获取的介质出口压力、冲击感应器7获取的作用力和作用频率。后续数据处理单元12将上述获取的数据处理获取机械震动测试结果。

在一个具体的实施方式中，利用该钻井工具的性能测试系统对YCQ178-50的钻井工具进行性能测试，获取的机械震动测试结果请参考图2所示。其中横坐标表示泥浆泵2输出介质的流量；纵坐标分别表示压耗和作用频率。从图中的曲线可以看出，随着泥浆泵2输出介质的流量的增大，压耗缓慢地递增；随着泥浆泵2输出介质的流量的增大，作用频率较快递增。

本申请实施方式中提供了一种石油钻井工具的性能测试系统，通过在测试台5下部设置减震装置8，并且在介质循环机构上设置蓄能器4，能够耐久地工作在液压剧烈波动、机械冲击震动强烈的工况环境中，可靠地获取压耗、冲击频率等性能参数。并且本申请所提供的钻井工具的性能测试系统历经数年的测试工作，实际验证了：其具有突出的可靠性、安全性和灵活性，能够准确地测试得到石油钻井工具的液压和机械震动性能参数。

此外，由于本申请所提供的石油钻井工具的性能测试系统，其具有介质循环机构，测试所用的介质能够循环利用，具有较高的经济性和环保性，不会对环境造成污染。

进一步的，泥浆泵2的电机为无极变频调速电机，所述钻井工具的性能测试系统还包括与所述电机电性连接的控制柜1。通过所述控制柜1可以调节所述电机的运行参数，从而改变提供给所述待测工具6的液体压力和流量，进而可以对不同的工况进行模拟测试。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种钻井工具的性能测试系统，其特征在于，包括：

测试台，所述测试台具有用于支撑待测工具的底座，所述待测工具具有中空的纵长本体，其具有相对的介质入口端和介质出口端；在所述底座与所述待测工具之间设置有冲击感应器；所述测试台的下部设置有减震装置；

介质循环机构，其能分别与所述待测工具的介质入口端和介质出口端相连通，所述介质循环机构通过管线设置有：泥浆泵、储水箱以及蓄能器；与所述介质入口端、介质出口端相连通的位置分别设置有钻井液入口压力表和钻井液出口压力表；

数据处理单元，其与所述冲击传感器、钻井液入口压力表和钻井液出口压力表电性连接。

2.如权利要求1所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述测试台的底座上设置有支撑件，所述支撑件上设置有至少一个卡合部。

3.如权利要求2所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述待测工具呈管状，所述卡合部为内径大于所述待测工具外径的圆环，至少一个卡合部位于靠近所述测试工具的介质入口端。

4.如权利要求1所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述减震装置设置在所述底座的外围，其最低位置低于所述底座，能将所述底座悬空。

5.如权利要求4所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述减震装置的形式包括下述中的任意一种：充气式、液压式。

6.如权利要求1所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述蓄能器设置在所述介质入口端至所述泥浆泵之间的管线上。

7.如权利要求6所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述储水箱位于所述介质出口端至所述泥浆泵之间的管线上。

8.如权利要求1所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述泥浆泵设置有电机，所述电机为无极变频调速电机，所述钻井工具的性能测试系统还包括与所述电机电性连接的控制柜。

9.如权利要求8所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述介质循环机构的管线上还设置有流量计，所述流量计与所述数据处理单元电性连接。

10.如权利要求1所述的钻井工具的性能测试系统，其特征在于，所述蓄能器为皮囊式充气蓄能器。