CN109669216B - 一种无线随钻伽玛测量单元测试系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线随钻伽玛测量单元测试系统及使用方法，包括支撑台架，沿支撑台架长度方向滑动设置在支撑台架上部的模拟地层管道总成，以及水平贯穿设置在模拟地层管道总成内的被测伽马总成；支撑台架上部左侧设置用于卡紧被测伽马总成左端部并为被测伽马总成提供旋转动力的主轴动力总成，支撑台架上部右侧设置用于卡紧被测伽马总成右端部的支撑尾座总成，模拟地层管道总成底部设置为其提供沿长度方向移动的齿条传动总成；本发明使用主轴动力总成模拟方位伽马钻铤转动、齿条传动总成模拟方位伽马钻进，从而完全模拟钻井真实的复合钻进情况。

Description

一种无线随钻伽玛测量单元测试系统及使用方法

技术领域

本发明涉及石油、煤矿及地质勘探中的钻井工程测试技术领域，特别涉及一种无线随钻伽玛测量单元测试系统及使用方法。

背景技术

在地质钻井中，方位伽马钻铤不仅可以测量地层岩性，还能够分辨出上下界面的岩性特征，在定向井，尤其是水平钻井中应用广泛。可以快速分辨油层界面，便于控制井轨迹在薄油层中穿梭，有效完成地质导向。

目前，方位伽马钻铤实验装置，模拟伽马放射源填充材料一般为人工配置混凝土代替，不能区分岩性和模拟复杂地层；并且实验装置无法实现旋转和前进并行的复合钻进功能。

因此，需要研究一种新的无线随钻伽玛测量单元测试系统就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线随钻伽玛测量单元测试系统及使用方法，其解决了伽马源不真实问题并且充分模拟方位伽马钻铤实际工作中的旋转和钻井共同进行的复合钻进过程。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，包括支撑台架，所述支撑台架的一端设置有主轴动力总成，所述支撑台架的另一端设置有支撑尾座总成，模拟地层管道总成滑动设置在所述支撑台架上且位于所述主轴动力总成和支撑尾座总成之间，被测伽马总成穿设在所述模拟地层管道总成内且其两端分别固定在所述主轴动力总成和支撑尾座总成上，所述模拟地层管道总成底部设置有齿条传动总成；

所述齿条传动总成包括设置在所述模拟地层管道总成底部的齿条和设置在所述支撑台架内部的齿条驱动电机，所述齿条驱动电机的输出端与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端设置与所述齿条相配合的主齿轮。

进一步：所述模拟地层管道总成包括沿所述支撑台架长度方向滑动设置在所述支撑台架上部的底座和设置在所述底座上部的管道本体，所述管道本体内部有刻度完成的不同的放射性伽马源。

进一步：所述被测伽马总成包括被测伽马钻铤、设置在所述被测伽马钻铤左端的左加长杆和设置在所述被测伽马钻铤右端的右加长杆，且所述左加长杆的自由端卡紧在所述主轴动力总成上，所述右加长杆的自由端卡紧在所述支撑尾座总成上。

进一步：所述主轴动力总成包括设置在所述支撑台架上部左侧的基座、设置在所述基座上部的主轴支架、转动设置在所述主轴支架上的主轴、设置所述主轴的右端部的主轴卡盘和设置在所述基座上为所述主轴提供旋转动力的动力模块。

进一步：所述动力模块包括旋转驱动电机和摆线针减速机，所述摆线针减速机的动力输出轴与所述主轴之间通过齿轮副传动。

进一步：所述支撑尾座总成包括沿所述支撑台架长度方向滑动设置在所述支撑台架右侧上部的固定座、设置在所述固定座上的轴承瓦座、通过轴承转动设置在所述轴承瓦座内的被动轴、设置在所述被动轴左端部的被动轴卡盘和设置在所述固定座尾部的尾座调节丝杠。

进一步：所述尾座调节丝杠为滚珠丝杠组件。

进一步：所述主轴动力总成中的主轴的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，所述旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位。

进一步：所述支撑尾座总成右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

进一步：所述管道本体内部填充的是泥岩和砂岩制作的伽马源。

进一步地，所述支撑台架上部且位于所述模拟地层管道总成的左右两侧位置沿所述支撑台架长度方向滑动设置有V型托架总成，所述V型托架总成包括滑动设置在所述支撑台架上的滑动座、设置在所述滑动座上的支撑杆和设置在所述支撑杆上端的V型托板，所述V型托板上转动设置一对滚轮。

一种无线随钻伽玛测量单元测试系统使用方法，具体包括以下步骤：

1）先将被测伽马总成装入模拟地层管道总成内，并将被测伽马总成的左端固定安装在主轴动力总成的主轴卡盘内，将被测伽马总成的右端端固定安装在支撑尾座总成的被动轴卡盘内；

2）随后通过面板操作台控制主轴动力总成的旋转驱动电机旋转和齿条传动总成的齿条驱动电机旋转，其中，旋转驱动电机的旋转带动被测伽马总成的旋转以模拟旋转钻进，而齿条驱动电机的旋转通过齿条与主齿轮的相对运动，进而实现模拟地层管道总成相对于被测伽马总成的横向移动，以模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能；

3）在主轴动力总成中的主轴的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，且旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位；同时，在支撑尾座总成右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明针对目前，方位伽马钻铤实验装置，模拟伽马放射源填充材料一般为人工配置混凝土代替，不能区分岩性和模拟复杂地层；并且实验装置无法实现旋转和前进并行的复合钻进功能的问题，提供一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，包括支撑台架，沿支撑台架长度方向滑动设置在支撑台架上部的模拟地层管道总成，以及水平贯穿设置在模拟地层管道总成内的被测伽马总成；同时，在支撑台架上部左侧设置用于卡紧被测伽马总成左端部并为被测伽马总成提供旋转动力的主轴动力总成，支撑台架上部右侧设置用于卡紧被测伽马总成右端部的支撑尾座总成，模拟地层管道总成底部设置为其提供沿长度方向移动的齿条传动总成；其中，齿条传动总成包括设置在模拟地层管道总成底部的齿条和设置在支撑台架内部的齿条驱动电机，齿条驱动电机的输出端与减速机的输入端连接，减速机的输出端设置与齿条相配合的主齿轮。

本发明使用地层泥岩和砂岩代替混凝土作为伽马源，完全模拟井下真实环境，对方位伽马钻铤测试数据更真实；对比现有设备静止测试，本发明采用两个电机控制，其中一个电机为旋转驱动电机用于控制钻铤旋转，模拟旋转钻进，另一个电机为齿条驱动电机用于控制伽马源水平运动，模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能。

附图说明

图1是实施例整个工作平台的结构示意图，示意出了整个工作平台的具体结构；

图2是实施例中齿条传动总成的结构示意图；

图3是实施例中被测伽马总成的结构示意图；

图4是实施例中主轴动力总成的结构示意图。

图中，1、支撑台架；2、模拟地层管道总成；21、底座；22、管道本体；3、被测伽马总成；31、被测伽马钻铤；32、左加长杆；33、右加长杆；4、主轴动力总成；41、基座；42、主轴支架；43、主轴；44、主轴卡盘；45、旋转驱动电机；46、摆线针减速机；47、齿轮副；5、支撑尾座总成；51、固定座；52、轴承瓦座；53、被动轴；54、被动轴卡盘；55、尾座调节丝杠；6、齿条传动总成；61、齿条；62、齿条驱动电机；63、减速机；64、主齿轮；7、V型托架总成；71、滑动座；72、支撑杆；73、V型托板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，包括支撑台架1，所述支撑台架1的一端设置有主轴动力总成4，所述支撑台架1的另一端设置有支撑尾座总成5，模拟地层管道总成2滑动且水平设置在所述支撑台架1上且位于所述主轴动力总成4和支撑尾座总成5之间，被测伽马总成3穿设在所述模拟地层管道总成2内且其两端分别固定在所述主轴动力总成4和支撑尾座总成5上，所述模拟地层管道总成2底部设置有齿条传动总成6。

所述齿条传动总成6包括设置在所述模拟地层管道总成2底部的齿条61和设置在所述支撑台架1内部的齿条驱动电机62，所述齿条驱动电机62的输出端与减速机63的输入端连接，所述减速机63的输出端设置与所述齿条61相配合的主齿轮64。

实施例2

如图1所示，在实施例1的基础上，所述模拟地层管道总成2包括沿所述支撑台架1长度方向滑动设置在所述支撑台架1上部的底座21和设置在所述底座21上部的管道本体22，所述管道本体22内部有刻度完成的不同的放射性伽马源。

在本实施例中，模拟地层管道总成2包括沿支撑台架1长度方向滑动设置在支撑台架1上部的底座21和设置在底座21上部的管道本体22，管道本体22内部有刻度完成的不同的放射性伽马源，为被测伽马总成提供伽马射线测试源。

实施例3

如图3所示，在实施例1或2的基础上，所述被测伽马总成3包括被测伽马钻铤31、设置在所述被测伽马钻铤31左端的左加长杆32和设置在所述被测伽马钻铤31右端的右加长杆33，且所述左加长杆32的自由端卡紧在所述主轴动力总成4上，所述右加长杆33的自由端卡紧在所述支撑尾座总成5上。

在本实施例中，被测伽马总成3包括被测伽马钻铤31、设置在被测伽马钻铤31左端的左加长杆32和设置在被测伽马钻铤31右端的右加长杆33，且左加长杆32的自由端卡紧在主轴动力总成4上，右加长杆33的自由端卡紧在支撑尾座总成5上，被测伽马总成为铝合金件或无磁不锈钢件，能够全模拟井下真实环境，对方位伽马钻铤测试数据更真实。

实施例4

如图4所示，在实施例1或2或3的基础上，所述主轴动力总成4包括设置在所述支撑台架1上部左侧的基座41、设置在所述基座41上部的主轴支架42、转动设置在所述主轴支架42上的主轴43、设置所述主轴43的右端部的主轴卡盘44和设置在所述基座41上为所述主轴43提供旋转动力的动力模块。

所述动力模块包括旋转驱动电机45和摆线针减速机46，所述摆线针减速机46的动力输出轴与所述主轴43之间通过齿轮副47传动。

在本实施例中，主轴动力总成4包括设置在支撑台架1上部左侧的基座41、设置在基座41上部的主轴支架42、转动设置在主轴支架42上的主轴43、设置主轴43的右端部的主轴卡盘44和设置在基座41上为主轴43提供旋转动力的动力模块，其中，动力模块包括旋转驱动电机45和摆线针减速机46，摆线针减速机46的动力输出轴与主轴43之间通过齿轮副47传动，可通过左加长杆固定住方位伽马总成，并为其提供旋转动能，模拟旋转钻进过程。

实施例5

如图1所示，在实施例1或2或3或4的基础上，所述支撑尾座总成5包括沿所述支撑台架1长度方向滑动设置在所述支撑台架1右侧上部的固定座51、设置在所述固定座51上的轴承瓦座52、通过轴承转动设置在所述轴承瓦座52内的被动轴53、设置在所述被动轴53左端部的被动轴卡盘54和设置在所述固定座51尾部的尾座调节丝杠55。

所述尾座调节丝杠55为滚珠丝杠组件。

在本实施例中，支撑尾座总成5包括沿支撑台架1长度方向滑动设置在支撑台架1右侧上部的固定座51、设置在固定座51上的轴承瓦座52、通过轴承转动设置在轴承瓦座52内的被动轴53、设置在被动轴53左端部的被动轴卡盘54和设置在固定座51尾部的尾座调节丝杠55，尾座调节丝杠55为滚珠丝杠组件，支撑尾座总成可固定方位伽马总成尾端，随之旋转，使整个系统运行更平稳。本发明使用主轴动力总成模拟方位伽马钻铤转动、滚珠丝杠传动总成模拟方位伽马钻进，从而完全模拟钻井真实的复合钻进情况

实施例6

在实施例1或2或3或4或5的基础上，所述主轴动力总成4中的主轴43的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，所述旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位。

在本实施例中，在主轴动力总成4中的主轴43的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，且旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位。

实施例7

在实施例1或2或3或4或5或6的基础上，所述支撑尾座总成5右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

在本实施例中，在支撑尾座总成5右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

实施例8

在实施例1或2或3或4或5或6或7的基础上，所述管道本体22内部填充的是泥岩和砂岩制作的伽马源。

在本实施例中，管道本体22内部填充的是泥岩和砂岩制作的伽马源，能够模拟井下伽马源，模拟信号真实有效。

实施例9

如图1所示，在实施例8的基础上，所述支撑台架1上部且位于所述模拟地层管道总成2的左右两侧位置沿所述支撑台架1长度方向滑动设置有V型托架总成7，所述V型托架总成7包括滑动设置在所述支撑台架1上的滑动座71、设置在所述滑动座71上的支撑杆72和设置在所述支撑杆72上端的V型托板73，所述V型托板73上转动设置一对滚轮。

在本实施例中，在支撑台架1上部且位于模拟地层管道总成2的左右两侧位置沿支撑台架1长度方向滑动设置有V型托架总成7，而且V型托架总成7包括滑动设置在支撑台架1上的滑动座71、设置在滑动座71上的支撑杆72和设置在支撑杆72上端的V型托板73，V型托板73上转动设置一对滚轮，V型托架总成为伽马总成的辅助支撑机构，用于保证整机运行平稳。

工作时，先将被测伽马总成装入模拟地层管道总成内，并将被测伽马总成的左端固定安装在主轴动力总成的主轴卡盘内，将被测伽马总成的右端端固定安装在支撑尾座总成的被动轴卡盘内，随后通过面板操作台控制主轴动力总成的旋转驱动电机旋转和齿条传动总成的齿条驱动电机旋转，其中，旋转驱动电机的旋转带动被测伽马总成的旋转以模拟旋转钻进，而齿条驱动电机的旋转通过齿条与主齿轮的相对运动，进而实现模拟地层管道总成相对于被测伽马总成的横向移动，以模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能；在主轴动力总成中的主轴的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，且旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位；同时，在支撑尾座总成右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

实施例10

在实施例1的基础上，一种无线随钻伽玛测量单元测试系统使用方法，具体包括以下步骤：

1）先将被测伽马总成装入模拟地层管道总成内，并将被测伽马总成的左端固定安装在主轴动力总成的主轴卡盘内，将被测伽马总成的右端端固定安装在支撑尾座总成的被动轴卡盘内；

2）随后通过面板操作台控制主轴动力总成的旋转驱动电机旋转和齿条传动总成的齿条驱动电机旋转，其中，旋转驱动电机的旋转带动被测伽马总成的旋转以模拟旋转钻进，而齿条驱动电机的旋转通过齿条与主齿轮的相对运动，进而实现模拟地层管道总成相对于被测伽马总成的横向移动，以模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能；

3）在主轴动力总成中的主轴的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，且旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位；同时，在支撑尾座总成右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后…… )仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“ 第一”、“ 第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“ 第一”、“ 第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：包括支撑台架（1），所述支撑台架（1）的一端设置有主轴动力总成（4），所述支撑台架（1）的另一端设置有支撑尾座总成（5），模拟地层管道总成（2）滑动且水平设置在所述支撑台架（1）上且位于所述主轴动力总成（4）和支撑尾座总成（5）之间，被测伽马总成（3）穿设在所述模拟地层管道总成（2）内且其两端分别固定在所述主轴动力总成（4）和支撑尾座总成（5）上，所述模拟地层管道总成（2）底部设置有齿条传动总成（6）；

所述齿条传动总成（6）包括设置在所述模拟地层管道总成（2）底部的齿条（61）和设置在所述支撑台架（1）内部的齿条驱动电机（62），所述齿条驱动电机（62）的输出端与减速机（63）的输入端连接，所述减速机（63）的输出端设置与所述齿条（61）相配合的主齿轮（64）；

所述模拟地层管道总成（2）包括滑动设置在所述支撑台架（1）上部的底座（21）和设置在所述底座（21）上部的管道本体（22），所述管道本体（22）内部有刻度完成的不同的放射性伽马源；其中管道本体（22）内部填充的是泥岩和砂岩制作的伽马源，能够模拟井下伽马源；

所述主轴动力总成（4）包括设置在所述支撑台架（1）上部左侧的基座（41）、设置在所述基座（41）上部的主轴支架（42）、转动设置在所述主轴支架（42）上的主轴（43）、设置所述主轴（43）的右端部的主轴卡盘（44）和设置在所述基座（41）上为所述主轴（43）提供旋转动力的动力模块；

所述动力模块包括旋转驱动电机（45）和摆线针减速机（46），所述摆线针减速机（46）的动力输出轴与所述主轴（43）之间通过齿轮副（47）传动；

通过采用两个电机控制，其中一个电机为旋转驱动电机用于控制钻铤旋转，模拟旋转钻进，另一个电机为齿条驱动电机用于控制伽马源水平运动，模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能。

2.根据权利要求1所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：所述被测伽马总成（3）包括被测伽马钻铤（31）、设置在所述被测伽马钻铤（31）左端的左加长杆（32）和设置在所述被测伽马钻铤（31）右端的右加长杆（33），且所述左加长杆（32）的自由端卡紧在所述主轴动力总成（4）上，所述右加长杆（33）的自由端卡紧在所述支撑尾座总成（5）上。

3.根据权利要求1所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：所述支撑尾座总成（5）包括滑动设置在所述支撑台架（1）右侧上部的固定座（51）、设置在所述固定座（51）上的轴承瓦座（52）、通过轴承转动设置在所述轴承瓦座（52）内的被动轴（53）、设置在所述被动轴（53）左端部的被动轴卡盘（54）和设置在所述固定座（51）尾部的尾座调节丝杠（55）。

4.根据权利要求3所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：所述尾座调节丝杠（55）为滚珠丝杠组件。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：所述主轴动力总成（4）中的主轴（43）的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，所述旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统，其特征在于：所述支撑尾座总成（5）右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。

7.基于根据权利要求1所述的一种无线随钻伽玛测量单元测试系统使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

1）先将被测伽马总成装入模拟地层管道总成内，并将被测伽马总成的左端固定安装在主轴动力总成的主轴卡盘内，将被测伽马总成的右端端固定安装在支撑尾座总成的被动轴卡盘内；

2）随后通过面板操作台控制主轴动力总成的旋转驱动电机旋转和齿条传动总成的齿条驱动电机旋转，其中，旋转驱动电机的旋转带动被测伽马总成的旋转以模拟旋转钻进，而齿条驱动电机的旋转通过齿条与主齿轮的相对运动，进而实现模拟地层管道总成相对于被测伽马总成的横向移动，以模拟下钻过程，从而实现模拟旋转和前进并行的复合钻进功能；

3）在主轴动力总成中的主轴的左端设置有用于检测其转速和方位的旋转变压器，且旋转变压器与电脑连接能够随时显示钻铤的转速和方位；同时，在支撑尾座总成右侧中心中配有电器旋转插头并连接电脑，可将旋转钻铤发出的信号传送到电脑中。