CN109931049B - 随钻测量探管的旋转测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻测量探管的旋转测试装置及其测试方法，其中随钻测量探管的旋转测试装置包括外壳基座、下护盖、上护盖、连接座、液压马达、顶部护盖、限位块、扶正总成、连接头、驱动头、挡圈总成、旋转电子接头、下电刷总成、上电刷总成、电泵、储液罐和计算机。计算机控制电泵的输出流量，进而控制液压马达的转速，从而控制随钻测量探管的转速；计算机采集激光测转速传感器测量的随钻测量探管的转速，根据所需要的转速调节电泵排量；调节探管测试台架的方位、倾角以及随钻测量探管转速，随钻测量探管的各种参数经连接插头传输给计算机，实现测试。本发明配合探管测试台架能够实现随钻测量探管旋转状态下的测试。

Description

随钻测量探管的旋转测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及钻井随钻测量仪器技术领域，尤其是一种随钻测量探管的旋转测试装置及其测试方法。

背景技术

随钻测量技术是定向钻井、大斜度井、水平井钻井的关键技术，随钻测量探管是实现该项技术的关键井下仪器。随钻测量探管所测量的井斜、方位等数据的准确性密切关系所钻井的轨迹是否合格。

常规定向井施工中测斜作业时，钻具是静止不动的，钻具中随钻测量仪器是在静止条件下测量井斜、方位等参数的。但是，随着LWD钻井、旋转导向钻井越来越多的应用，各种井下工程参数是在不停动态测量的，钻井大部分时间处于旋转状态，钻具中的随钻测量仪器是在动态转动下测量各种工程参数的。

目前，随钻测量探管的测试台架大部分是将随钻测量探管固定在测试台架的夹具上，调节随钻测量探管的方位和倾角，进行对比测试、校正，不能实现随钻测量探管沿轴向转动状态下的对比测试、校正。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种随钻测量探管的旋转测试装置及其测试方法，其能够实现随钻测量探管旋转状态下的测试。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种随钻测量探管的旋转测试装置，包括外壳基座、下护盖、上护盖、连接座、液压马达、顶部护盖、限位块、扶正总成、连接头、驱动头、挡圈总成、旋转电子接头、下电刷总成、上电刷总成、电泵、储液罐和计算机；

所述下护盖和上护盖可拆装地安装在外壳基座上，所述连接座和顶部护盖分别设在外壳基座的两侧，所述外壳基座、下护盖、上护盖、连接座和顶部护盖构成有一闭合腔体；

所述连接座外侧设有用于驱动随钻测量探管转动的液压马达，所述液压马达的输出轴穿过连接座伸入到闭合腔体内并与驱动头连接，所述连接头一侧与驱动头定位安装，另一侧与随钻测量探管的非测试端螺纹连接；

所述限位块卡接在外壳基座上并位于闭合腔体靠近顶部护盖的一侧，在限位块和顶部护盖之间相互对应的设有上电刷总成和下电刷总成且两者电连接，其中上电刷总成固定在上护盖内侧，下电刷总成固定在外壳基座内侧，所述上电刷总成上还设有激光测转速传感器；

所述旋转电子接头呈台阶型轴状且中间轴向形成有内腔，该旋转电子接头包括一体制成的旋转电子接头本体和主轴、航空电子插头、若干导线和若干导电环，所述旋转电子接头本体的端部形成有与内腔相通的开口，若干所述导电环相互间隔地嵌装在主轴的外壁上，且导电环与主轴之间还设有绝缘底基，所述航空电子插头和若干导线设置在内腔中，且若干所述导线一端与航空电子插头连接，另一端通过导孔分别与对应的导电环连接，所述主轴穿过挡圈总成和限位块伸入到上电刷总成和下电刷总成之间，所述旋转电子接头可在挡圈总成内转动，且挡圈总成被限制在旋转电子接头和限位块之间；

所述扶正总成卡接在外壳基座上并位于闭合腔体的中部；

所述随钻测量探管的测试端穿过扶正总成与旋转电子接头的开口端螺纹连接，其中随钻测量探管测试端的电子接头与航空电子插头连接，所述随钻测量探管通过轴承可转动地与扶正总成安装在一起；

所述储液罐、电泵和液压马达相互连接在一起并形成液体循环通路，所述计算机与电泵的控制电路连接，所述计算机还与激光测转速传感器电连接，且根据激光测转速传感器测量随钻测量探管的转速计算机可调节电泵的排量，进而控制液压马达及随钻测量探管的转速；所述计算机与下电刷总成、上电刷总成电连接，以便于计算机获取随钻测量探管的参数。

进一步地，所述上护盖一端通过铰链与外壳基座铰接，另一端采用螺栓与外壳基座连接，该上护盖上还设有与计算机电连接的连接插头，所述连接插头还通过电线与下电刷总成、上电刷总成、激光测转速传感器连接，以便于计算机获取随钻测量探管的参数及激光测转速传感器的测量数据。

进一步地，所述下护盖采用螺栓与外壳基座连接，该下护盖上还设有观察窗。

进一步地，所述扶正总成包括扶正总成基体、扶正轴承和环形盖片，所述扶正轴承通过环形盖片安装在扶正总成基体的内壁上，该扶正总成基体外壁上对称形成有两个扶正总成定位槽，且两个扶正总成定位槽与外壳基座内壁中部对应位置的凸出块相匹配，所述扶正轴承的内径与随钻测量探管的外径相匹配。

进一步地，所述挡圈总成包括挡圈总成基座、挡圈扶正轴承、环形垫片、止推轴承和环形盖片，所述挡圈总成基座内部为呈台阶状的圆形通孔，所述挡圈扶正轴承、环形垫片、止推轴承和环形盖片依次安装在挡圈总成基座内。

进一步地，所述上电刷总成包括上电刷支撑台、上电刷绝缘基体和若干上电刷本体，若干所述上电刷本体通过上电刷绝缘基体依次间隔固定在上电刷支撑台上，所述上电刷支撑台固定在上护盖内侧，所述激光测转速传感器固定在上电刷绝缘基体最外侧；

所述下电刷总成包括下电刷支撑台、下电刷绝缘基体和若干下电刷本体，若干所述下电刷本体通过下电刷绝缘基体依次间隔固定在下电刷支撑台上，所述下电刷支撑台固定在外壳基座内侧。

一种基于所述的随钻测量探管的旋转测试装置的测试方法，包括以下步骤：

a.将外壳基座固定在探管测试台架上，将电泵、储液罐和液压马达进行管线连接；将上护盖的连接插头通过导线与计算机连接；将计算机与电泵的控制电路连接；

b.将随钻测量探管非测试端与连接头通过螺纹连接；

c.将随钻测量探管测试端的电子接头与旋转电子接头的航空电子插头连接，再将随钻测量探管测试端的外螺纹与旋转电子接头的内螺纹对应连接；

d.在随钻测量探管中部与扶正总成相接处涂抹适量润滑脂，在旋转电子接头的旋转电子接头本体外壁上涂抹适量润滑脂；

e.将挡圈总成穿在旋转电子接头的主轴上，将挡圈总成的一端限位在旋转电子接头的旋转电子接头本体的台阶处；再将限位块穿过旋转电子接头的主轴上，将挡圈总成的另一端限位在限位块的内台阶；

f.将连接头定位安装在驱动头上，缓慢放下随钻测量探管，使扶正总成定位卡在外壳基座的相应位置，使限位块定位卡在外壳基座的相应位置；

g.闭合上护盖并限定住限位块；手动转动随钻测量探管，若转动平滑，无异常，则进行下一步骤；若手动转动随钻测量探管出现异常，则按照步骤b至步骤f进行重新安装；

h.将下护盖放置在外壳基座的对应位置上并固定；

i.计算机控制电泵的输出流量，进而控制液压马达的转速，从而控制随钻测量探管的转速；计算机采集激光测转速传感器测量随钻测量探管的转速，并根据所需要的转速调节电泵排量；

j.调节探管测试台架的方位、倾角和随钻测量探管的转速，随钻测量探管的参数则经连接插头传输给计算机，实现测试。

本发明的有益效果是：本发明中装置结构简单，配合探管测试台架，能够实现随钻测量探管旋转状态下的测试。

附图说明

图1为本发明中随钻测量探管的旋转测试装置的主视示意图；

图2为本发明中上护盖的俯视示意图；

图3为本发明中随钻测量探管的旋转测试装置去除上护盖和下护盖的俯视剖面示意图；

图4为本发明中随钻测量探管的旋转测试装置去除下护盖、连接头、旋转电子接头和挡圈总成的主视剖面示意图；

图5为本发明中挡圈总成、旋转电子接头、下电刷总成、上电刷总成装配在一起的示意图；

图6为本发明中挡圈总成的主视剖面示意图；

图7a为本发明中扶正总成的主视剖面示意图；

图7b为本发明中扶正总成的俯视示意图；

图8为本发明中旋转电子接头的主视示意图；

图9为随钻测量探管安装连接头、旋转电子接头和挡圈总成的示意图；

图10为本发明中随钻测量探管的旋转测试装置内安装随钻测量探管的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明中随钻测量探管的旋转测试装置，包括外壳基座1、下护盖2、上护盖3、连接座4、液压马达5、顶部护盖6、限位块7、扶正总成8、连接头9、驱动头10、挡圈总成11、旋转电子接头12、下电刷总成13和上电刷总成14、电泵、储液罐、计算机。

如图1～4所示，所述外壳基座1的螺栓孔101与下护盖2的螺栓孔202位置对应，通过螺栓固定，所述下护盖2上还设有观察窗201；所述外壳基座1的螺栓孔102与上护盖3的螺栓孔302位置对应，一侧通过螺栓固定，所述外壳基座1的铰链基座103与上护盖3的铰链303位置对应，另一侧通过铰链连接；所述外壳基座1的右侧与顶部护盖6的下沿连接固定，所述上护盖3的右侧与顶部护盖6的上沿形状吻合；所述外壳基座1的左侧与连接座4的右侧连接固定，所述下护盖2与连接座4的上部形状吻合；所述外壳基座1、下护盖2、上护盖3、连接座4构成闭合腔体。

所述液压马达5的动力输轴一侧的壳体与连接座4的左侧连接固定；所述液压马达5的动力输出轴穿过连接座4的中心孔伸入到闭合腔体内，所述驱动头10的定位轴1001与液压马达5的动力输出轴连接固定。

所述连接头9为柱状，所述连接头9左侧的凹入形状与所述驱动头10的右侧凸出形状吻合，所述连接头9的右侧形成有内螺纹，内螺纹与随钻测量探管非测试端的螺纹符合。

所述扶正总成8与外壳基座1的内壁中部连接。

所述限位块7在外壳基座1的右侧，限位块7的位置被外壳基座1和上护盖3共同限制，限位块7的下部与外壳基座1咬合，限位块7的上部与上护盖3咬合。

所述上电刷总成14固定在上护盖3内侧，所述下电刷总成13固定在外壳基座1内侧；所述上电刷总成14和下电刷总成13位于外壳基座1、上护盖3、限位块7、顶部护盖6构成的腔体内；所述上14电刷总成和下电刷总成13位置相互对应设置。

所述挡圈总成11一侧被限位在限位块7的凹型内台阶圆中，另一侧被限位在旋转电子接头12上。

所述旋转电子接头12呈台阶型轴状；所述旋转电子接头12穿过挡圈总成11和限位块7的中轴圆通孔并向顶部护盖6方向延伸。

所述限位块7的中轴圆通孔、挡圈总成11的中轴圆通孔、旋转电子接头12、扶正总成8的中轴圆通孔、连接头9、驱动头10、连接座4的中轴圆通孔和液压马达5的动力输出轴的中轴线重合。

所述外壳基座1、下护盖2、上护盖3、连接座4、液压马达5、顶部护盖6、限位块7、扶正总成8、连接头9、驱动头10、挡圈总成11、旋转电子接头12、下电刷总成13和上电刷总成14，除了必要电子部件之外，均为无磁材料。

如图5所示，所述上电刷总成14包括上电刷支撑台1401、上电刷绝缘基体1402、若干个上电刷本体1403和激光测转速传感器1404，上电刷绝缘基体1402固定在上电刷支撑台1401上，上电刷支撑台1401与上护盖3连接固定；所述上电刷本体1403依次间隔固定在上电刷绝缘基体1402上，所述激光测转速传感器1404固定在上电刷绝缘基体1402最外侧。

所述下电刷总成13包括下电刷支撑台1301、下电刷绝缘基体1302和若干个下电刷本体1303，下电刷绝缘基体1302固定在下电刷支撑台1301上，下电刷支撑台1301与外壳基座1连接固定；所述下电刷本体1303依次间隔固定在下电刷绝缘基体1302上。

所述上电刷本体1403和所述下电刷本体1303分别对应设置，采用绝缘保护的电线连接，所述电线和激光测转速传感器1404的绝缘保护的电线与上护盖3的连接插头301连接。

如图8所示，所述旋转电子接头12的内部为空腔,该旋转电子接头12包括一体制成的旋转电子接头本体1206和主轴1207、航空电子插头1201、若干导线1204、绝缘底基1203和若干导电环1202，所述绝缘底基1203固定在所述主轴1207上多个相互间隔的凹型环内，所述导电环1202固定在绝缘底基1203上。

所述导线1204依次穿过主轴1207上的导孔1205，分别连接对应的的导电环1202；所述导线1204的另一侧穿过旋转电子接头12的内部空腔，与航空电子插头1201对应连接。

如图7a和图7b所示，所述扶正总成8包括扶正总成基体801、扶正轴承802和环形盖片803，所述扶正轴承802通过环形盖片803安装在扶正总成基体801的内壁上，该扶正总成基体801外壁上对称形成有两个扶正总成定位槽804，且两个扶正总成定位槽804与外壳基座1内壁中部对应位置的凸出块相匹配，所述扶正轴承802的内径与随钻测量探管的外径相匹配。

如图6所示，所述挡圈总成11包括挡圈总成基座1101、挡圈扶正轴承1102、环形垫片1103、止推轴承1104和环形盖片1105，所述挡圈总成基座1101内部为呈台阶状的不同内径的圆形通孔，所述挡圈扶正轴承1102、环形垫片1103、止推轴承1104和环形盖片1105依次安装在挡圈总成基座1101内，所述止推轴承1104的内径与随钻测量探管的外径吻合。

参见图9和图10，一种基于随钻测量探管的旋转测试装置的测试方法，其具体步骤为：

a.将外壳基座1固定在探管测试台架上，电泵的上水端与储液罐管线连接，电泵的出水端与液压马达5的入液口管线连接，液压马达5的出液口与储液罐管线连接；上护盖3的连接插头301通过导线与计算机连接；计算机与电泵的控制电路连接；

b.将随钻测量探管非测试端与连接头9通过螺纹连接；

c.将随钻测量探管测试端的电子接头与旋转电子接头12的航空电子插头1201连接，再将随钻测量探管测试端的外螺纹与旋转电子接头12的内螺纹对应连接；

d.在随钻测量探管中部与扶正总成8的相接处涂抹适量润滑脂，在旋转电子接头12的旋转电子接头本体1206外壁上涂抹适量润滑脂；

e.将挡圈总成11穿在旋转电子接头12的主轴1207上，将挡圈总成11的一端限位在旋转电子接头12的旋转电子接头本体1206的台阶处；再将限位块7穿在旋转电子接头12的主轴1207上，将挡圈总成11的另一端限位在限位块7的内台阶；

f.将连接头9的凹糟卡住驱动头10的凸出部位，缓慢放下随钻测量探管，使扶正总成8的扶正总成定位槽804卡住外壳基座1相应位置的定位块上，使限位块7的下定位槽坐入外壳基座1的下限位定位块104上；

g.闭合上护盖3，将上护盖3的上限位定位块304卡入限位块7的上定位槽中；手动转动随钻测量探管，若转动平滑，无异常，则进行下一步；若手动转动随钻测量探管出现异常，则重新安装，重复上述步骤；

h.将下护盖2放置在外壳基座1的对应位置上，并采用螺栓固定；

i.计算机控制电泵的输出流量，进而控制液压马达5的转速，从而控制随钻测量探管的转速；计算机通过激光测转速传感器1404测量随钻测量探管的转速，根据所需要的转速调节电泵排量；

j.调节探管测试台架的方位、倾角以及随钻测量探管转速，随钻测量探管的各种参数可以通过连接插头301的导线传输给计算机，实现测试。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：包括外壳基座(1)、下护盖(2)、上护盖(3)、连接座(4)、液压马达(5)、顶部护盖(6)、限位块(7)、扶正总成(8)、连接头(9)、驱动头(10)、挡圈总成(11)、旋转电子接头(12)、下电刷总成(13)、上电刷总成(14)、电泵、储液罐和计算机；

所述下护盖(2)和上护盖(3)可拆装地安装在外壳基座(1)上，所述连接座(4)和顶部护盖(6)分别设在外壳基座(1)的两侧，所述外壳基座(1)、下护盖(2)、上护盖(3)、连接座(4)和顶部护盖(6)构成有一闭合腔体；

所述连接座(4)外侧设有用于驱动随钻测量探管转动的液压马达(5)，所述液压马达(5)的输出轴穿过连接座(4)伸入到闭合腔体内并与驱动头(10)连接，所述连接头(9)一侧与驱动头(10)定位安装，另一侧与随钻测量探管的非测试端螺纹连接；

所述限位块(7)卡接在外壳基座(1)上并位于闭合腔体靠近顶部护盖(6)的一侧，在限位块(7)和顶部护盖(6)之间相互对应的设有上电刷总成(14)和下电刷总成(13)且两者电连接，其中上电刷总成(14)固定在上护盖(3)内侧，下电刷总成(13)固定在外壳基座(1)内侧，所述上电刷总成(14)上还设有激光测转速传感器(1404)；

所述旋转电子接头(12)呈台阶型轴状且中间轴向形成有内腔，该旋转电子接头(12)包括一体制成的旋转电子接头本体(1206)和主轴(1207)、航空电子插头(1201)、若干导线(1204)和若干导电环(1202)，所述旋转电子接头本体(1206)的端部形成有与内腔相通的开口，若干所述导电环(1202)相互间隔地嵌装在主轴(1207)的外壁上，且导电环(1202)与主轴(1207)之间还设有绝缘底基(1203)，所述航空电子插头(1201)和若干导线(1204)设置在内腔中，且若干所述导线(1204)一端与航空电子插头(1201)连接，另一端通过导孔(1205)分别与对应的导电环(1202)连接，所述主轴(1207)穿过挡圈总成(11)和限位块(7)伸入到上电刷总成(14)和下电刷总成(13)之间，所述旋转电子接头(12)可在挡圈总成(11)内转动，且挡圈总成(11)被限制在旋转电子接头(12)和限位块(7)之间；

所述扶正总成(8)卡接在外壳基座(1)上并位于闭合腔体的中部；

所述随钻测量探管的测试端穿过扶正总成(8)与旋转电子接头(12)的开口端螺纹连接，其中随钻测量探管测试端的电子接头与航空电子插头(1201)连接，所述随钻测量探管通过轴承可转动地与扶正总成(8)安装在一起；

所述储液罐、电泵和液压马达(5)相互连接在一起并形成液体循环通路，所述计算机与电泵的控制电路连接，所述计算机还与激光测转速传感器(1404)电连接，且根据激光测转速传感器(1404)测量随钻测量探管的转速计算机可调节电泵的排量，进而控制液压马达(5)及随钻测量探管的转速；所述计算机与下电刷总成(13)、上电刷总成(14)电连接，以便于计算机获取随钻测量探管的参数。

2.按照权利要求1所述的随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：所述上护盖(3)后端通过铰链(303)与外壳基座(1)铰接，前端采用螺栓与外壳基座(1)连接，该上护盖(3)上还设有与计算机电连接的连接插头(301)，所述连接插头(301)还通过电线与下电刷总成(13)、上电刷总成(14)、激光测转速传感器(1404)连接，以便于计算机获取随钻测量探管的参数及激光测转速传感器(1404)的测量数据。

3.按照权利要求1所述的随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：所述下护盖(2)采用螺栓与外壳基座(1)连接，该下护盖(2)上还设有观察窗(201)。

4.按照权利要求1所述的随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：所述扶正总成(8)包括扶正总成基体(801)、扶正轴承(802)和环形盖片(803)，所述扶正轴承(802)通过环形盖片(803)安装在扶正总成基体(801)的内壁上，该扶正总成基体(801)外壁上对称形成有两个扶正总成定位槽(804)，且两个扶正总成定位槽(804)与外壳基座(1)内壁中部对应位置的凸出块相匹配，所述扶正轴承(802)的内径与随钻测量探管的外径相匹配。

5.按照权利要求1所述的随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：所述挡圈总成(11)包括挡圈总成基座(1101)、挡圈扶正轴承(1102)、环形垫片(1103)、止推轴承(1104)和环形盖片(1105)，所述挡圈总成基座(1101)内部为呈台阶状的圆形通孔，所述挡圈扶正轴承(1102)、环形垫片(1103)、止推轴承(1104)和环形盖片(1105)依次安装在挡圈总成基座(1101)内。

6.按照权利要求1所述的随钻测量探管的旋转测试装置，其特征在于：所述上电刷总成(14)包括上电刷支撑台(1401)、上电刷绝缘基体(1402)和若干上电刷本体(1403)，若干所述上电刷本体(1403)通过上电刷绝缘基体(1402)依次间隔固定在上电刷支撑台(1401)上，所述上电刷支撑台(1401)固定在上护盖(3)内侧，所述激光测转速传感器(1404)固定在上电刷绝缘基体(1402)最外侧；

所述下电刷总成(13)包括下电刷支撑台(1301)、下电刷绝缘基体(1302)和若干下电刷本体(1303)，若干所述下电刷本体(1303)通过下电刷绝缘基体(1302)依次间隔固定在下电刷支撑台(1301)上，所述下电刷支撑台(1301)固定在外壳基座(1)内侧。

7.一种基于权利要求2所述的随钻测量探管的旋转测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将外壳基座(1)固定在探管测试台架上，将电泵、储液罐和液压马达(5)进行管线连接；将上护盖(3)的连接插头(301)通过导线与计算机连接；将计算机与电泵的控制电路连接；

b.将随钻测量探管非测试端与连接头(9)通过螺纹连接；

c.将随钻测量探管测试端的电子接头与旋转电子接头(12)的航空电子插头(1201)连接，再将随钻测量探管测试端的外螺纹与旋转电子接头(12)的内螺纹对应连接；

d.在随钻测量探管中部与扶正总成(8)相接处涂抹适量润滑脂，在旋转电子接头(12)的旋转电子接头本体(1206)外壁上涂抹适量润滑脂；

e.将挡圈总成(11)穿在旋转电子接头(12)的主轴(1207)上，将挡圈总成(11)的一端限位在旋转电子接头(12)的旋转电子接头本体(1206)的台阶处；再将限位块(7)穿在旋转电子接头(12)的主轴(1207)上，将挡圈总成(11)的另一端限位在限位块(7)的内台阶；

f.将连接头(9)定位安装在驱动头(10)上，缓慢放下随钻测量探管，使扶正总成(8)定位卡在外壳基座(1)的相应位置，使限位块(7)定位卡在外壳基座(1)的相应位置；

g.闭合上护盖(3)并限定住限位块(7)；手动转动随钻测量探管，若转动平滑，无异常，则进行下一步骤；若手动转动随钻测量探管出现异常，则按照步骤b至步骤f进行重新安装；

h.将下护盖(2)放置在外壳基座(1)的对应位置上并固定；

i.计算机控制电泵的输出流量，进而控制液压马达(5)的转速，从而控制随钻测量探管的转速；计算机采集激光测转速传感器(1404)测量随钻测量探管的转速，并根据所需要的转速调节电泵排量；

j.调节探管测试台架的方位、倾角和随钻测量探管的转速，随钻测量探管的参数则经连接插头(301)传输给计算机，实现测试。

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