CN109025957A - 一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置及方法，包括以下步骤：步骤一：模拟钻进过程；步骤二：模拟上提过程；步骤三：模拟磨铣过程。本发明可以实时检测并采集连续管钻磨、打捞等实验过程中连续管试件的力学参数，对比实际井口参数进行实时调整，有效指导现场施工，提高连续管作业效率，降低连续管卡钻等风险。
Description
技术领域
本发明属于连续管钻磨、打捞等井下作业实验领域，特别是一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置及方法。
背景技术
目前在井下钻磨、打捞等作业中，连续管应用越来越多，考虑到连续管的柔性及井身结构等因素，现无法准确检测水平井段连续管试件的受力特性，进而无法给现场作业提供施工参数定量基准，造成不必要的井下事故。
据调研，国内连续管技术研究手段比较欠缺，特别是缺少一种有针对性的实验用连续管试件受力实时检测方法，现有的少数几种实验用连续管试件受力检测方法，主要是通过检测实验期间的井口载荷、循环压力及排量数据，再通过摩阻计算来间接获取试件所受推拉力和扭矩，没有针对连续管水平井段钻磨、打捞等实验期间试件所受推拉力和扭矩的实时检测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置及方法，克服了现有技术中1、缺少一种有针对性的实验用连续管试件所受推拉力的实时检测方法；2、现有检测方法精确度低；3、现有检测装置较为单一，不能进行连续管水平井段钻磨、打捞等实验期间试件所受扭矩的实时检测等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件通过井下工具被连续管向左推，实验套管与移动机构产生拉力，促使检测装置中的移动机构与锚定机构在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块感应移动机构所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件所受两个推力的反作用力，并经检测装置内部电路压电转换后拾取信号，经数据线传输，再经数据采集箱计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件通过井下工具被连续管向右拉，实验套管与移动机构产生推力，促使检测装置中的移动机构与锚定机构在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块感应移动机构所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件所受两个拉力的反作用力，并经检测装置内部电路压电转换后拾取信号，经数据线传输，再经数据采集箱计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件通过井下工具被连续管单向扭转，实验套管与移动机构产生旋转力，促使检测装置中的移动机构在密封状态下与锚定机构在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块间接感应试件所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置内部电路压电转换后拾取信号，经数据线传输，再经数据采集箱计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
优选的，所述步骤一中试件所受推力可通过检测装置中的移动机构所受推力来间接反映，移动机构所受推力由第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱计算并显示。
优选的，所述步骤二中试件所受拉力可通过检测装置中的移动机构所受拉力来间接反映，移动机构所受拉力由第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱计算并显示。
优选的，所述步骤三中试件所受扭矩可通过检测装置中的移动机构所受扭矩来间接反映，由于移动机构所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱计算并显示。
优选的，一种如上所述的实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，包括连续管、井下工具、试件、实验套管、水平井筒、检测装置、数据采集箱，所述检测装置一端连接实验套管，另一端连接水平井筒，其中试件固定于实验套管中，所述井下工具设置于实验套管中靠近检测装置的一侧，其中连续管连接井下工具依次穿过实验套管、检测装置和水平井筒，所述检测装置连接数据采集箱。
优选的，所述检测装置包括轴向力感应模块、横向力感应模块、锚定机构和移动机构，所述锚定机构和移动机构通过液压缸连接，其中移动机构另一端与实验套管连接，其中锚定机构另一端与水平井筒连接，所述轴向力感应模块设置于锚定机构和移动机构连接处用于感应轴向推拉力，所述横向力感应模块设置于锚定机构和移动机构连接处用于感应扭矩。
优选的，所述轴向力感应模块包括第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块，其中第一轴向力感应模块和第二轴向力感应模块设置于锚定机构和移动机构连接处用于感应轴向推拉力。
优选的，所述横向力感应模块包括第一横向力感应模块和第二横向力感应模块，其中第一横向力感应模块和第二横向力感应模块设置于锚定机构和移动机构连接处用于感应扭矩。
优选的，所述实验套管固定于第一水泥基蹲，所述水平井筒固定于第二水泥基蹲。
优选的，所述检测装置与数据采集箱之间通过数据线连接。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明检测装置采用连续管+井下工具+试件+检测装置模拟实现钻磨、打捞等各种作业工况，当检测装置的锚定机构与移动机构产生轴向相对位移趋势时，通过轴向力感应模块的形变感应锚定有试件的实验套管所受的推力（或拉力）的反作用力，并通过数据采集箱，将两个反作用力的绝对值迭加，作为最后的推力值（或拉力值）；当检测装置的锚定机构与移动机构产生垂直于旋转力臂（旋转圆周半径）的横向相对位移时，通过移动机构在密封状态下的旋转，使旋转力臂恒定，再经横向力感应模块的形变，感应锚定有试件的实验套管在与旋转力臂垂直方向上所受的旋转力的反作用力，并通过数据采集箱，将两个反作用力的绝对值迭加，作为最终的扭力值，通过数据采集箱显示推/拉力值，结合旋转力臂值，计算并显示扭矩值；
（2）本发明可以实时检测并采集连续管钻磨、打捞等实验过程中连续管试件的力学参数，对比实际井口参数进行实时调整，有效指导现场施工，提高连续管作业效率，降低连续管卡钻等风险；
（3）本发明设计合理、精确度高，实验数据真实反映试件所受推拉力及扭矩，具有很好的参考意义。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、本发明的信号采集原理图；
图3、本发明的检测装置结构示意图；
图4、本发明的第一轴向力感应模块7-1感应推力的反作用力原理图；
图5、本发明的第二轴向力感应模块7-2感应推力的反作用力原理图；
图6、本发明的第一轴向力感应模块7-1感应拉力的反作用力原理图；
图7、本发明的第二轴向力感应模块7-2感应拉力的反作用力原理图；
图8、本发明的横向力感应模块感应转扭力原理图。
附图标记说明：
1-连续管，2-井下工具，3-试件，4-实验套管，5-水平井筒，6-检测装置，7-轴向力感应模块，8-横向力感应模块，9-数据线，10-数据采集箱，11-锚定机构，12-移动机构，13-第一水泥基蹲，14-第二水泥基蹲，15-第一法兰，16-第二法兰，17-第一固定螺栓，18-第二固定螺栓；
7-1-第一轴向力感应模块，7-2-第二轴向力感应模块；
8-1-第一横向力感应模块，8-2-第二横向力感应模块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
实施例2
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
实施例3
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
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如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图6、7所示，优选的，所述步骤二中试件3所受拉力可通过检测装置6中的移动机构12所受拉力来间接反映，移动机构12所受拉力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱10计算并显示。
实施例4
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图6、7所示，优选的，所述步骤二中试件3所受拉力可通过检测装置6中的移动机构12所受拉力来间接反映，移动机构12所受拉力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图8所示，优选的，所述步骤三中试件3所受扭矩可通过检测装置6中的移动机构12所受扭矩来间接反映，由于移动机构12所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块8-1产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块8-2产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件3所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱10计算并显示。
实施例5
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图6、7所示，优选的，所述步骤二中试件3所受拉力可通过检测装置6中的移动机构12所受拉力来间接反映，移动机构12所受拉力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图8所示，优选的，所述步骤三中试件3所受扭矩可通过检测装置6中的移动机构12所受扭矩来间接反映，由于移动机构12所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块8-1产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块8-2产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件3所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱10计算并显示。
如图1所示，一种如上所述的实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，包括连续管1、井下工具2、试件3、实验套管4、水平井筒5、检测装置6、数据采集箱10，所述检测装置6一端连接实验套管4，另一端连接水平井筒5，其中试件3固定于实验套管4中，所述井下工具2设置于实验套管4中靠近检测装置6的一侧，其中连续管1连接井下工具2依次穿过实验套管4、检测装置6和水平井筒5，所述检测装置6连接数据采集箱10。
实施例6
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图6、7所示，优选的，所述步骤二中试件3所受拉力可通过检测装置6中的移动机构12所受拉力来间接反映，移动机构12所受拉力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图8所示，优选的，所述步骤三中试件3所受扭矩可通过检测装置6中的移动机构12所受扭矩来间接反映，由于移动机构12所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块8-1产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块8-2产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件3所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱10计算并显示。
如图1所示，优选的，一种如上所述的实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，包括连续管1、井下工具2、试件3、实验套管4、水平井筒5、检测装置6、数据采集箱10，所述检测装置6一端连接实验套管4，另一端连接水平井筒5，其中试件3固定于实验套管4中，所述井下工具2设置于实验套管4中靠近检测装置6的一侧，其中连续管1连接井下工具2依次穿过实验套管4、检测装置6和水平井筒5，所述检测装置6连接数据采集箱10。
如图1所示，优选的，所述检测装置6包括轴向力感应模块7、横向力感应模块8、锚定机构11和移动机构12，所述锚定机构11和移动机构12通过液压缸连接，其中移动机构12另一端与实验套管4连接，其中锚定机构11另一端与水平井筒5连接，所述轴向力感应模块7设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应轴向推拉力，所述横向力感应模块8设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应扭矩。本结构中没有详细描述的部件均为现有技术。
如图3所示，优选的，所述轴向力感应模块7包括第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2，其中第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应轴向推拉力。
如图3所示，优选的，所述横向力感应模块8包括第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2，其中第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应扭矩。
所述检测装置外部设有圆柱形外壳，用于包裹锚定机构11和移动机构12，其中锚定机构11通过第一法兰15与水平井筒5连接，移动机构12通过第二法兰16与实验套管4连接，移动机构12与锚定机构11内部通过液压缸连接，既可以在密封状态下产生轴向位移，也可在密封状态下旋转产生垂直于旋转半径的横向位移，以提供力感应模块形变所需条件，同时，确保了移动机构12与锚定机构11产生相对位移时，检测装置6的密封和平稳运行；移动机构12与锚定机构11外部一方面通过第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2两端的螺栓固定环、第一固定螺栓17以及移动机构12和锚定机构11上的栽丝将移动机构12与锚定机构11轴向连接，用于感应推力或拉力引起的轴向力感应模块的形变趋势；移动机构12与锚定机构11外部另一方面通过第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2两端的螺栓固定环、第二固定螺栓18以及移动机构12和锚定机构11上的栽丝将移动机构12与锚定机构11横向连接，用于感应转扭力引起的横向力感应模块的形变趋势。另外检测装置6的机械结构设计，使推拉力和扭矩感应模块受力互不影响，试件3的额外弯矩不影响检测结果。
实施例7
如图1~8所示，一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向左推，实验套管4与移动机构12产生拉力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件3通过井下工具2被连续管1向右拉，实验套管4与移动机构12产生推力，促使检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7感应移动机构12所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件3通过井下工具2被连续管1单向扭转，实验套管4与移动机构12产生旋转力，促使检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号，经数据线9传输，再经数据采集箱10计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
如图4、5所示，优选的，所述步骤一中试件3所受推力可通过检测装置6中的移动机构12所受推力来间接反映，移动机构12所受推力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图6、7所示，优选的，所述步骤二中试件3所受拉力可通过检测装置6中的移动机构12所受拉力来间接反映，移动机构12所受拉力由第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件3所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱10计算并显示。
如图8所示，优选的，所述步骤三中试件3所受扭矩可通过检测装置6中的移动机构12所受扭矩来间接反映，由于移动机构12所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块8-1产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块8-2产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件3所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱10计算并显示。
如图1所示，优选的，一种如上所述的实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，包括连续管1、井下工具2、试件3、实验套管4、水平井筒5、检测装置6、数据采集箱10，所述检测装置6一端连接实验套管4，另一端连接水平井筒5，其中试件3固定于实验套管4中，所述井下工具2设置于实验套管4中靠近检测装置6的一侧，其中连续管1连接井下工具2依次穿过实验套管4、检测装置6和水平井筒5，所述检测装置6连接数据采集箱10。
如图1所示，优选的，所述检测装置6包括轴向力感应模块7、横向力感应模块8、锚定机构11和移动机构12，所述锚定机构11和移动机构12通过液压缸连接，其中移动机构12另一端与实验套管4连接，其中锚定机构11另一端与水平井筒5连接，所述轴向力感应模块7设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应轴向推拉力，所述横向力感应模块8设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应扭矩。
如图3所示，优选的，所述轴向力感应模块7包括第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2，其中第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应轴向推拉力。
如图3所示，优选的，所述横向力感应模块8包括第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2，其中第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2设置于锚定机构11和移动机构12连接处用于感应扭矩。
所述检测装置外形为圆柱形，其中锚定机构11通过法兰与水平井筒5连接，移动机构12通过法兰与实验套管4连接，移动机构12与锚定机构11内部通过液压缸连接，既可以在密封状态下产生轴向位移，也可在密封状态下旋转产生垂直于旋转半径的横向位移，以提供力感应模块形变所需条件，同时，确保了移动机构12与锚定机构11产生相对位移时，检测装置6的密封和平稳运行；移动机构12与锚定机构11外部一方面通过第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2两端的螺栓固定环、固定螺栓以及移动机构12和锚定机构11上的栽丝将移动机构12与锚定机构11轴向连接，用于感应推力或拉力引起的的轴向力感应模块的形变趋势；移动机构12与锚定机构11外部另一方面通过第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2两端的螺栓固定环、固定螺栓以及移动机构12和锚定机构11上的栽丝将移动机构12与锚定机构11横向连接，用于感应转扭力引起的的横向力感应模块的形变趋势。另外检测装置6的机械结构设计，使推拉力和扭矩感应模块受力互不影响，试件3的额外弯矩不影响检测结果。
如图1所示，优选的，所述实验套管4固定于第一水泥基蹲13，所述水平井筒5固定于第二水泥基蹲14。
如图1所示，优选的，所述检测装置6与数据采集箱10之间通过数据线9连接。
如图2所示，第一轴向力感应模块7-1和第二轴向力感应模块7-2感应推力或者拉力的反作用力，第一横向力感应模块8-1和第二横向力感应模块8-2感应垂直于旋转力臂方向的旋转力的反作用力，然后将信号传递给检测装置6内部电路，通过数据线9将信号传输给数据采集箱10，数据采集箱10将信号放大、滤波、A/D转换，然后通过PLC计算模块计算，转化为标准信号，并通过数据采集箱10的显示界面显示最终的推/拉力（-/+）值和扭矩值，其中推力数值前加“-”号，拉力数值前加“+”号。
本发明的工作原理如下：
本发明检测装置将试件3与实验套管4锚定，实验套管4与检测装置6中的移动机构12采用法兰连接，通过连续管1连接井下工具2穿过水平井筒5，在实验套管4内钻磨、打捞试件3，模拟钻磨、打捞等作业工况；当试件3通过井下工具2被连续管1向左推时，模拟钻进过程，检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相向位移趋势，力感应模块7间接感应试件3所受两个推力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号；当试件3通过井下工具2被连续管1向右拉时，模拟上提过程，检测装置6中的移动机构12与锚定机构11在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块7可间接感应试件3所受两个拉力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号；当试件3在井下工具2钻进过程中被单向扭转时，模拟磨铣过程，检测装置6中的移动机构12在密封状态下与锚定机构11在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块8间接感应试件3在垂直力臂方向所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置6内部电路压电转换后拾取信号。
本发明检测装置采用连续管+井下工具+试件+检测装置模拟实现钻磨、打捞等各种作业工况，当检测装置的锚定机构与移动机构产生轴向相对位移趋势时，通过轴向力感应模块的形变感应锚定有试件的实验套管所受的推力（或拉力）的反作用力，并通过数据采集箱，将两个反作用力的绝对值迭加，作为最后的推力值（或拉力值）；当检测装置的锚定机构与移动机构产生垂直于旋转力臂（旋转圆周半径）的横向相对位移时，通过移动机构在密封状态下的旋转，使旋转力臂恒定，再经横向力感应模块的形变，感应锚定有试件的实验套管在与旋转力臂垂直方向上所受的旋转力的反作用力，并通过数据采集箱，将两个反作用力的绝对值迭加，作为最终的扭力值，通过数据采集箱显示推/拉力值，结合旋转力臂值，计算并显示扭矩值；本发明可以实时检测并采集连续管钻磨、打捞等实验过程中连续管试件的力学参数，对比实际井口参数进行实时调整，有效指导现场施工，提高连续管作业效率，降低连续管卡钻等风险；本发明设计合理、精确度高，实验数据真实反映试件所受推拉力及扭矩，具有很好的参考意义。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：模拟钻进过程，将试件（3）通过井下工具（2）被连续管（1）向左推，实验套管（4）与移动机构（12）产生拉力，促使检测装置（6）中的移动机构（12）与锚定机构（11）在密封状态下产生轴向相向位移趋势，轴向力感应模块（7）感应移动机构（12）所受两个推力的反作用力，进而间接感应试件（3）所受两个推力的反作用力，并经检测装置（6）内部电路压电转换后拾取信号，经数据线（9）传输，再经数据采集箱（10）计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“-”号；
步骤二：模拟上提过程，将试件（3）通过井下工具（2）被连续管（1）向右拉，实验套管（4）与移动机构（12）产生推力，促使检测装置（6）中的移动机构（12）与锚定机构（11）在密封状态下产生轴向相对位移趋势，轴向力感应模块（7）感应移动机构（12）所受两个拉力的反作用力，进而间接感应试件（3）所受两个拉力的反作用力，并经检测装置（6）内部电路压电转换后拾取信号，经数据线（9）传输，再经数据采集箱（10）计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前加“+”号；
步骤三：模拟磨铣过程，将试件（3）通过井下工具（2）被连续管（1）单向扭转，实验套管（4）与移动机构（12）产生旋转力，促使检测装置（6）中的移动机构（12）在密封状态下与锚定机构（11）在旋转圆周直径的两侧分别发生相对旋转趋势和相向旋转趋势，横向力感应模块（8）间接感应试件（3）所受两个旋转力的反作用力，并经检测装置（6）内部电路压电转换后拾取信号，经数据线（9）传输，再经数据采集箱（10）计算并显示，计算时两个力的绝对值相加，显示时所求合值前不加“-”或“+”号。
2.根据权利要求1所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，其特征在于：所述步骤一中试件（3）所受推力可通过检测装置（6）中的移动机构（12）所受推力来间接反映，移动机构（12）所受推力由第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2）同时感应，得到两个感应力F1推和F2推，其中两个感应力F1推和F2推同时使第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2）产生压缩形变，F1推和F2推数值相等，方向相同，故F1推和F2推的反作用力F1推 ’和F2推 ’也数值相等，方向相同，故试件（3）所受推力值可通过|F1推 ’|和|F2推 ’|的迭加获得，所述推力值通过数据采集箱（10）计算并显示。
3.根据权利要求1所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，其特征在于：所述步骤二中试件（3）所受拉力可通过检测装置（6）中的移动机构（12）所受拉力来间接反映，移动机构（12）所受拉力由第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2）同时感应，得到两个感应力F1拉和F2拉，其中两个感应力F1拉和F2拉同时使第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2）产生拉伸形变，F1拉和F2拉数值相等，方向相同，故F1拉和F2拉的反作用力F1拉 ’和F2拉 ’也数值相等，方向相同，故试件（3）所受拉力值可通过|F1拉 ’|和|F2拉 ’|的迭加获得，所述拉力值通过数据采集箱（10）计算并显示。
4.根据权利要求1所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测方法，其特征在于：所述步骤三中试件（3）所受扭矩可通过检测装置（6）中的移动机构（12）所受扭矩来间接反映，由于移动机构（12）所受旋转力始终与其旋转力臂垂直，且两个旋转力为F3和F4，F3使第一横向力感应模块（8-1）产生压缩形变，F4使第二横向力感应模块（8-2）产生拉伸形变趋势，F3和F4数值相等，但方向相反，故F3和F4的反作用力F3 ’和F4 ’也数值相等，方向相反，故试件（3）所受扭矩值可通过|F3 ’|和|F4 ’|的迭加值与旋转力臂的乘积获取，所述扭矩值通过数据采集箱（10）计算并显示。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：包括连续管（1）、井下工具（2）、试件（3）、实验套管（4）、水平井筒（5）、检测装置（6）、数据采集箱（10），所述检测装置（6）一端连接实验套管（4），另一端连接水平井筒（5），其中试件（3）固定于实验套管（4）中，所述井下工具（2）设置于实验套管（4）中靠近检测装置（6）的一侧，其中连续管（1）连接井下工具（2）依次穿过实验套管（4）、检测装置（6）和水平井筒（5），所述检测装置（6）连接数据采集箱（10）。
6.根据权利要求5所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：所述检测装置（6）包括轴向力感应模块（7）、横向力感应模块（8）、锚定机构（11）和移动机构（12），所述锚定机构（11）和移动机构（12）通过液压缸连接，其中移动机构（12）另一端与实验套管（4）连接，其中锚定机构（11）另一端与水平井筒（5）连接，所述轴向力感应模块（7）设置于锚定机构（11）和移动机构（12）连接处用于感应轴向推拉力，所述横向力感应模块（8）设置于锚定机构（11）和移动机构（12）连接处用于感应扭矩。
7.根据权利要求6所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：所述轴向力感应模块（7）包括第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2），其中第一轴向力感应模块（7-1）和第二轴向力感应模块（7-2）设置于锚定机构（11）和移动机构（12）连接处用于感应轴向推拉力。
8.根据权利要求6所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：所述横向力感应模块（8）包括第一横向力感应模块（8-1）和第二横向力感应模块（8-2），其中第一横向力感应模块（8-1）和第二横向力感应模块（8-2）设置于锚定机构（11）和移动机构（12）连接处用于感应扭矩。
9.根据权利要求6~8任一项所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：所述实验套管（4）固定于第一水泥基蹲（13），所述水平井筒（5）固定于第二水泥基蹲（14）。
10.根据权利要求9所述的一种实验用连续管水平段推拉力及扭矩的检测装置，其特征在于：所述检测装置（6）与数据采集箱（10）之间通过数据线（9）连接。
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