CN110118080A - 一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，包括泥浆泵、钻杆、泥浆套筒和驱动机构；钻杆沿前后向延伸且呈中空设置，可轴向旋转，钻杆的前端与泥浆泵连接，后端与泥浆套筒连接，泥浆泵用于向钻杆内输入泥浆，泥浆套筒用于接收钻杆输出的泥浆，驱动机构用于驱动钻杆轴向旋转；其中，钻杆由前向后依次包括内径均相同的同心段、过渡段和偏心段，同心段呈水平设置，同心段前端与泥浆泵连接，偏心段沿同心段延伸方向延伸，且与同心段不同轴，偏心段后端与泥浆套筒连接，偏心段前端通过过渡段与同心段后端相连；旨在模拟水平钻进钻杆偏心旋转，以用于水平钻进钻杆偏心旋转相关试验研究。

Description

一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置

技术领域

本发明涉及钻进试验设备技术领域，尤其涉及一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置。

背景技术

水平钻进主要应用在水平定向钻进，水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。当钻进尺寸较大时，钻杆在钻孔内的旋转姿态由同轴旋转向偏心旋转过渡，考验钻杆材料特性，影响岩屑排出和钻进导向控制，故开展水平钻进钻杆偏心旋转相关试验意义十分重大。

目前虽相关学者对水平钻进相关试验开展众多，但尚没有成熟的水平钻进钻杆偏心旋转相关试验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，旨在模拟水平钻进钻杆偏心旋转，以用于水平钻进钻杆偏心旋转相关试验研究。

本发明的实施例提供一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，包括泥浆泵、钻杆、泥浆套筒和驱动机构；

所述钻杆沿前后向延伸且呈中空设置，可轴向旋转，所述钻杆的前端与所述泥浆泵连接，后端与所述泥浆套筒连接，所述泥浆泵用于向所述钻杆内输入泥浆，所述泥浆套筒用于接收所述钻杆输出的泥浆，所述驱动机构用于驱动所述钻杆轴向旋转；

其中，所述钻杆由前向后依次包括内径均相同的同心段、过渡段和偏心段，所述同心段呈水平设置，所述同心段前端与所述泥浆泵连接，所述偏心段沿所述同心段延伸方向延伸，且与所述同心段不同轴，所述偏心段后端与所述泥浆套筒连接，所述偏心段前端通过所述过渡段与所述同心段后端相连。

进一步地，所述同心段前端与所述泥浆泵通过旋转接头连接，所述驱动机构包括电机、主动链轮、从动链轮和传动链条，所述从动链轮固定于所述同心段外围，所述主动链轮固定于所述电机的传动轴外围，所述传动链条套设于所述主动链轮和所述从动链轮上，以使所述主动链轮通过所述传动链条带动所述从动链轮转动，进而使所述钻杆旋转。

进一步地，所述泥浆套筒包括旋转面板和旋转套筒，所述旋转套筒与所述水平段同轴，所述旋转面板可轴向旋转安装于所述旋转套筒前端，所述旋转面板与所述偏心段相对的位置开设有通孔，所述偏心段后端固定于所述通孔孔壁，所述钻杆旋转带动所述旋转面板轴向旋转。

进一步地，所述旋转套筒包括前圆筒，所述前圆筒与所述水平段同轴，所述旋转面板可轴向旋转安装于所述前圆筒前端；

所述旋转面板后侧壁固定有沿与所述旋转面板同轴的内筒，以使所述内筒与所述前圆筒之间形成有与所述通孔相对的环状空间。

进一步地，所述内筒与所述前圆筒之间的距离比所述偏心段的内径大，且所述内筒与所述前圆筒之间的距离与所述偏心段内径的差值小于15mm。

进一步地，所述内筒与所述前圆筒之间的距离与所述偏心段的内径相等。

进一步地，所述旋转套筒还包括锥形筒和后圆筒；

所述锥形筒与所述前圆筒同轴，自前向后内径呈逐渐变小设置，所述锥形筒前端与所述前前圆筒后端连接；所述后圆筒与所述同心段同轴，与所述锥形筒后端连接，所述后圆筒的内径与所述钻杆内径相等。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置可用来开展一系列水平钻进偏心旋转的相关试验研究，可研究在水平钻进钻杆偏心旋转时偏心距、钻杆直径、孔径与孔内环空流场、岩屑运移和能量损失之间的关系等相关内容的研究。

附图说明

图1是本发明提供的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置的结构示意图；

图2是图1中驱动装置和钻杆的结构示意图；

图3是图1中泥浆套筒的结构示意图；

图4是图1中旋转面板的结构示意图；

图5是图1中旋转套筒和支架的结构示意图；

图中：1-泥浆泵、11-旋转接头、2-钻杆、21-同心段、22-过渡段、23-偏心段、3-泥浆套筒、31-旋转面板、311-通孔、312-内筒、32-旋转套筒、321-前圆筒、322-锥形筒、323-后圆筒、33-支架、331-前支架、332-后支架、41-电机、42-主动链轮、43-从动链轮、44-传动链条。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本发明实施例提供一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，包括泥浆泵1、钻杆2、泥浆套筒3和驱动机构。

请参见图1和图2，所述钻杆2沿前后向延伸且呈中空设置，可轴向旋转，所述钻杆2由前向后依次包括内径均相同的同心段21、过渡段22和偏心段23，所述同心段21呈水平设置，所述偏心段23沿所述同心段21延伸方向延伸，且与所述同心段21不同轴，所述偏心段23前端通过所述过渡段22与所述同心段21后端相连。

所述同心段21前端与所述泥浆泵1通过旋转接头11连接，所述泥浆泵1用于向所述同心段21内输入泥浆，所述偏心段23后端与所述泥浆套筒3连接，所述泥浆套筒3用于接收所述钻杆2输出的泥浆。

请参见图3和图5，所述泥浆套筒3包括旋转面板31、旋转套筒32和支架33；旋转套筒32包括前圆筒321、锥形筒322和后圆筒323，所述前圆筒321与所述水平段同轴，所述旋转面板31可轴向旋转安装于所述前圆筒321前端，所述锥形筒322与所述前圆筒321同轴，自前向后内径呈逐渐变小设置，所述锥形筒322前端与所述前圆筒321后端连接；所述后圆筒323与所述同心段21同轴，与所述锥形筒322后端连接，所述后圆筒323的内径与所述钻杆2内径相等。

请参见图4，所述旋转面板31可轴向旋转安装于前圆筒321前端，且机械密封，所述旋转面板31与所述偏心段23相对的位置开设有通孔311，所述偏心段23后端固定于所述通孔311孔壁，且机械密封，机械密封可以用密封件密封，也可以是使用轴肩与固定螺钉密封，所述钻杆2旋转带动所述旋转面板31轴向旋转。所述旋转面板31后侧壁固定有沿与所述旋转面板31同轴的内筒312，以使所述内筒312与所述前圆筒321之间形成有环状空间，本实施例中为焊接固定。所述内筒312与所述前圆筒321之间的距离比所述偏心段23的内径大，且所述内筒312与所述前圆筒321之间的距离与所述偏心段23内径的差值小于15mm，在前圆筒321内可放置有检测设备，根据检测设备的占用体积，设定内筒312的内径，以使环形空间内可供泥浆通过空间的内径与偏心段23的内径相等，本实施例中，所述内筒312与所述前圆筒321之间的距离与所述偏心段23的内径相等，使得泥浆从偏心段23后端输出时，不会改变泥浆的运动轨迹，便于获取泥浆中岩屑从钻杆3输出时的各种参数，保证数据的准确性。支架33包括前支架331和后支架332，前圆筒321固定于前支架331上，后圆筒323固定于后支架332上，本实施例中为焊接固定。

请参见图2，所述驱动机构用于驱动所述钻杆2轴向旋转，包括电机41、主动链轮42、从动链轮43和传动链条44，电机41包括电机41减速器，与变频器配合使用，可精确控制钻杆2的转速；所述从动链轮43固定于所述同心段21外围，所述主动链轮42固定于所述电机41的传动轴外围，所述传动链条44套设于所述主动链轮42和所述从动链轮43上，以使所述主动链轮42通过所述传动链条44带动所述从动链轮43转动，进而使所述钻杆2旋转。

本发明提供的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置可用来开展一系列水平钻进偏心旋转的相关试验研究，可研究在水平钻进钻杆2偏心旋转时偏心距、钻杆2直径、孔径与孔内环空流场、岩屑运移和能量损失之间的关系等相关内容的研究。

在进行试验时，可根据具体试验内容在后圆筒323后端连接用于接收泥浆的设备，开启电机41带动钻杆2旋转，利用泥浆泵1向钻杆2内输送泥浆、泥浆从偏心段23进入旋转套筒32内的环形空间，在泥浆刚运行至环形空间内时，即可对泥浆中岩屑运移的状态进行观测，获取所需参数。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于,包括泥浆泵、钻杆、泥浆套筒和驱动机构；

所述钻杆沿前后向延伸且呈中空设置，可轴向旋转，所述钻杆的前端与所述泥浆泵连接，后端与所述泥浆套筒连接，所述泥浆泵用于向所述钻杆内输入泥浆，所述泥浆套筒用于接收所述钻杆输出的泥浆，所述驱动机构用于驱动所述钻杆轴向旋转；

其中，所述钻杆由前向后依次包括内径均相同的同心段、过渡段和偏心段，所述同心段呈水平设置，所述同心段前端与所述泥浆泵连接，所述偏心段沿所述同心段延伸方向延伸，且与所述同心段不同轴，所述偏心段后端与所述泥浆套筒连接，所述偏心段前端通过所述过渡段与所述同心段后端相连。

2.如权利要求1所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述同心段前端与所述泥浆泵通过旋转接头连接，所述驱动机构包括电机、主动链轮、从动链轮和传动链条，所述从动链轮固定于所述同心段外围，所述主动链轮固定于所述电机的传动轴外围，所述传动链条套设于所述主动链轮和所述从动链轮上，以使所述主动链轮通过所述传动链条带动所述从动链轮转动，进而使所述钻杆旋转。

3.如权利要求1所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述泥浆套筒包括旋转面板和旋转套筒，所述旋转套筒与所述水平段同轴，所述旋转面板可轴向旋转安装于所述旋转套筒前端，所述旋转面板与所述偏心段相对的位置开设有通孔，所述偏心段后端固定于所述通孔孔壁，所述钻杆旋转带动所述旋转面板轴向旋转。

4.如权利要求3所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述旋转套筒包括前圆筒，所述前圆筒与所述水平段同轴，所述旋转面板可轴向旋转安装于所述前圆筒前端；

所述旋转面板后侧壁固定有沿与所述旋转面板同轴的内筒，以使所述内筒与所述前圆筒之间形成有与所述通孔相对的环状空间。

5.如权利要求4所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述内筒与所述前圆筒之间的距离比所述偏心段的内径大，且所述内筒与所述前圆筒之间的距离与所述偏心段内径的差值小于15mm。

6.如权利要求5所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述内筒与所述前圆筒之间的距离与所述偏心段的内径相等。

7.如权利要求3所述的用于模拟水平钻进钻杆偏心旋转的试验装置，其特征在于，所述旋转套筒还包括锥形筒和后圆筒；

所述锥形筒与所述前圆筒同轴，自前向后内径呈逐渐变小设置，所述锥形筒前端与所述前前圆筒后端连接；所述后圆筒与所述同心段同轴，与所述锥形筒后端连接，所述后圆筒的内径与所述钻杆内径相等。