CN110702447A - 一种钻井工具用多功能试验台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了钻井工具用多功能试验台及其使用方法，它包括水罐、振动测试平台和旋转变径测试平台，振动测试平台上架设被测工具一，旋转变径测试平台上架设被测工具二，被测工具一和被测工具二均具有供水口和回水口，水罐的出水口通过管线连接至泥浆泵的入口，泥浆泵的出口通过送水管线连接至供水口，回水口通过回水管线连接至水罐的进水口。可以单独实现对振动类被测工具水利参数的检测，也可以单独实现对旋转变径类被测工具水利参数的检测，此外，可以同时实现对振动类被测工具水利参数的检测和旋转变径类被测工具水利参数的检测，即可以检测多种类型钻具工具的机械与水利参数，解决了传统试验台只能单向检测的问题。

Description

一种钻井工具用多功能试验台及其使用方法

技术领域

本发明属于石油机械领域，具体涉及一种钻井工具用多功能试验台及其使用方法。

背景技术

在石油钻井施工领域中，有很多种钻井用井下工具，如：振动类工具、旋转类工具、变径类工具等等，由于该类钻井工具均是在井下使用，工作环境要求较高，因此，需要钻井用井下工具在投入使用前必须进行试验，获取被测工具的相关参数，然而，目前的试验台只能检测单一类型工具的机械与水力参数，导致试验台检测的工具类型受限，测试功能单一。

发明内容

本发明实施方式提供了一种钻井工具用多功能试验台及其使用方法，其目的是解决现有的试验台存在的测试功能单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钻井工具用多功能试验台，它包括水罐、振动测试平台和旋转变径测试平台，振动测试平台上架设被测工具一，旋转变径测试平台上架设被测工具二，被测工具一和被测工具二均具有供水口和回水口，水罐的出水口通过管线连接至泥浆泵的入口，泥浆泵的出口通过送水管线连接至供水口，回水口通过回水管线连接至水罐的进水口；

送水管线和回水管线通过分支管线并联，且送水管线、回水管线和分支管线上分别串接若干阀门。

进一步地，送水管线的出水管口连接号送水三通阀，号送水三通阀的两个出口分别连接备用出水管和号分支送水管，备用出水管上串接安装备用出水阀门，号分支送水管通过旋转变径送水高压软管连接至旋转变径测试平台上被测工具二的供水口；

送水管线自上游至下游依次串接安装号送水三通阀和送水阀门一，号送水三通阀的第三出口通过送水阀门二连接振动送水高压软管，振动送水高压软管连接至振动测试平台上被测工具一的供水口；

送水阀门一和号送水三通阀之间的送水管线的管壁并联连通回水管线，回水管线的出水管口连接号回水三通阀，号回水三通阀的两个出口分别通过比例背压阀和安全阀连接至水罐的进水口，回水管线自上游至下游依次串接安装回水阀门一、号回水三通阀、回水阀门二和号回水三通阀；

振动测试平台的回水口连接振动回水高压软管，振动回水高压软管连接回水阀门三，回水阀门三连接号回水三通阀的第三出口；

旋转变径测试平台的回水口连接旋转变径回水高压软管，旋转变径回水高压软管通过管线连接回水阀门四，回水阀门四通过管线连接至号回水三通阀的第三出口。

进一步地，旋转变径测试平台上自被测工具二的供水口至回水口，依次布设有动力加载装置、变径压力检测装置和旋转密封收水装置，旋转密封收水装置具有输入轴和输出轴，输入轴与被测工具二的回水口端连接，输出轴依次同轴连接增速机、转速扭矩测量仪、电涡流测功仪、电磁离合器和磁粉制动器；

动力加载装置和变径压力检测装置之间布设多个可调支撑装置和多个定心装置。

进一步地，动力加载装置包括电机，电机驱动回转减速机，回转减速机的回转支承内装配有转动轴，转动轴的一端与轴向调整油缸的活塞杆接触或分离，转动轴的另一端通过轴承箱与被测工具二的回水口端连接。

进一步地，动力加载装置还包括固接于旋转变径测试平台上的安装支座，安装支座的旁侧设有固接于旋转变径测试平台上的地脚，地脚和安装支座之间设有移动油缸，移动油缸的一端与地脚连接，另外一端水平伸入安装支座内。

进一步地，变径压力检测装置包括夹爪，夹爪设有至少一对，一对夹爪平行且相对而设形成可抱箍被测工具二的空腔，每一个夹爪的背面连接一个夹紧油缸，夹紧油缸推动夹爪夹紧或松开被测工具二。

进一步地，旋转密封收水装置包括依次连接的轴承箱、集水筒和密封对接箱，被测工具二自供水端至回水端分别为定子段、变径段和自旋转转子端，自旋转转子端伸入密封对接箱内与该箱内的输入轴密封对接，输入轴与集水筒内的空心多孔隙轴同轴连接，空心多孔隙轴与轴承箱内的输出轴同轴连接，输出轴同轴连接增速机；

被测工具二内的水从自旋转转子端喷出流入密封对接箱内的输入轴，输入轴内的水自空心多孔隙轴的轴壁孔喷出流入集水筒，集水筒的筒壁通过管道与振动回水高压软管连通。

优选地，被测工具一通过轴向加载装置和径向阻尼装置被架设在振动测试平台上，轴向加载装置有两个，分别位于被测工具一的两端，径向阻尼装置布设于两个轴向加载装置之间。

进一步地，钻井工具用多功能试验台，还包括电控房、液压站、工业遥控器和计算机，工业遥控器和计算机分别与液压站电连接，液压站供液压油给轴向加载装置、径向阻尼装置、动力加载装置和变径压力检测装置，计算机连接电控房，电控房连接泥浆泵，计算机还连接电机、变径压力检测装置、转速扭矩测量仪、电涡流测功仪、比例背压阀和安全阀。

本发明还保护了一种钻井工具用多功能试验台的使用方法，包括以下步骤：

S001.设备安装

在振动测试平台上，将被测工具一贯穿径向阻尼装置，在被测工具一的两端分别布设一个轴向加载装置，其中一个轴向加载装置连接振动送水高压软管，另外一个轴向加载装置连接振动回水高压软管，水罐的进水口、送水管线、振动送水高压软管、被测工具一、振动回水高压软管、回水管线、水罐的出水口形成闭合循环水路；

在旋转变径测试平台上，将被测工具二的定子段的端部连接于动力加载装置，变径段被抱箍夹持在变径压力检测装置内，自旋转转子端连接旋转密封收水装置，旋转密封收水装置输出轴依次连接增速机、转速扭矩测量仪、电涡流测功仪、电磁离合器和磁粉制动器，其中，动力加载装置内的被测工具二的供水口连接旋转变径送水高压软管，旋转密封收水装置内的被测工具二的回水口连接旋转变径回水高压软管，水罐的进水口、旋转变径送水高压软管、送水管线、被测工具二、旋转变径回水高压软管、回水管线、水罐的出水口形成闭合循环水路；

S002.振动测试平台单独工作

备用出水阀门常闭，计算机控制关闭送水阀门一、号送水三通阀、回水阀门四和回水阀门一，同时打开其余阀门，泥浆泵泵抽水罐的水，水进入送水管线，经过号送水三通阀，流经送水阀门二和振动送水高压软管，抵达振动测试平台，为被测工具一提供动力后，水流经振动回水高压软管、回水阀门三、号回水三通阀、回水阀门二、号回水三通阀和比例背压阀，最终进入水罐；

在以上水路循环过程中，工业遥控器或计算机下达指令至液压站，液压站供液压油给轴向加载装置和径向阻尼装置，轴向加载装置向被测工具一提供轴向压力，径向阻尼装置向被测工具一提供径向压力，模拟井下钻压，观察并记录被测工具一的机械参数；

S003.旋转变径测试平台单独工作

备用出水阀门常闭，计算机控制关闭送水阀门二、回水阀门三和回水阀门一，同时打开其余阀门，泥浆泵泵抽水罐的水，水进入送水管线，经过号送水三通阀、送水阀门一、号送水三通阀、号分支送水管和旋转变径送水高压软管，抵达旋转变径测试平台，为被测工具二提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管、号回水三通阀、回水管线、比例背压阀，最终进入水罐；

在以上水路循环过程中，计算机下达指令至动力加载装置，动力加载装置对被测工具二提供扭矩，被测工具二在扭力下旋转，扭矩经旋转密封收水装置依次传递至增速机、转速扭矩测量仪、电涡流测功仪，转速扭矩测量仪测得被测工具二的转速和扭矩，电涡流测功仪测得被测工具二的功率，同时转速扭矩测量仪和电涡流测功仪将测得的数据传输至计算机，计算机发出停止指令，动力加载装置停止输出扭矩，电涡流测功仪启动为被测工具二减速，电磁离合器启动，将扭矩传递至磁粉制动器，被测工具二及其余部件停止旋转；

S004.振动测试平台和旋转变径测试平台串连工作

备用出水阀门常闭，计算机控制关闭送水阀门一和回水阀门二，同时打开其余阀门，泥浆泵泵抽水罐的水，水进入送水管线，水进入送水管线，经过号送水三通阀、送水阀门二和振动送水高压软管，抵达振动测试平台，为被测工具一提供动力后，水流经振动回水高压软管、回水阀门三、回水阀门一、号送水三通阀、号分支送水管和旋转变径送水高压软管，抵达旋转变径测试平台，为被测工具二提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管、回水阀门四、号回水三通阀、回水管线和比例背压阀，最终进入水罐；

S005.振动测试平台和旋转变径测试平台并连工作

备用出水阀门常闭，计算机控制关闭回水阀门一，同时打开其余阀门，泥浆泵泵抽水罐的水，水进入送水管线，水进入送水管线，经过号送水三通阀，水分为两路，一路水依次经过送水阀门二和振动送水高压软管，抵达振动测试平台，为被测工具一提供动力后，水流经振动回水高压软管、回水阀门三、号回水三通阀、回水阀门二和回水管线，抵达号回水三通阀；另外一路水依次流经号送水三通阀、送水阀门一、号送水三通阀、号分支送水管和旋转变径送水高压软管，抵达旋转变径测试平台，为被测工具二提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管和回水阀门四，抵达号回水三通阀；

两路水在号回水三通阀汇合，流经比例背压阀，最终进入水罐。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的钻井工具用多功能试验台，可以单独实现对振动类被测工具水利参数的检测，也可以单独实现对旋转变径类被测工具水利参数的检测，此外，可以同时实现对振动类被测工具水利参数的检测和旋转变径类被测工具水利参数的检测，即可以检测多种类型钻具工具的机械与水利参数，解决了传统试验台只能单向检测的问题。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是钻井工具用多功能试验台的结构示意图。

图2是试验台内各部件的电连接关系示意图。

图3是振动测试平台的结构示意图。

图4是旋转变径测试平台的结构示意图。

图5是被测工具二的的结构示意图。

图6是动力加载装置的结构示意图。

图7是可调支撑装置的结构示意图。

图8是定心装置的结构示意图。

图9是变径压力检测装置的结构示意图。

图10是旋转密封收水装置的结构示意图。

附图标记说明：

1.泥浆泵；2.水罐；3.送水管线；4.回水管线；5.电控房；6.振动测试平台；7.旋转变径测试平台；8.液压站；9.工业遥控器；10.计算机；11.被测工具一；12.被测工具二；

301.1号送水三通阀；302.备用出水管；303.1号分支送水管；304.2号送水三通阀；305.送水阀门一；306.送水阀门二；307.备用出水阀门；308.振动送水高压软管；309.旋转变径送水高压软管；

401.1号回水三通阀；402.比例背压阀；403.安全阀；404.回水阀门一；405.2号回水三通阀；406.回水阀门二；407.3号回水三通阀；408.回水阀门三；409.回水阀门四；410.振动回水高压软管；411.旋转变径回水高压软管；

601.轴向加载装置；602.径向阻尼装置；

701.动力加载装置；702.可调支撑装置；703.定心装置；704.变径压力检测装置；705.旋转密封收水装置；706.增速机；707.转速扭矩测量仪；708.电涡流测功仪；709.电磁离合器；710.磁粉制动器；

7011.电机；7012.回转减速机；7013.轴向调整油缸；7014.地脚；7015.移动油缸；

7021.调高滚轮；7022.卡槽；7023.调高油缸；

7031.定心滚轮；7032.旋钮；7033.丝杠；

7041.夹紧油缸；7042.夹爪；

7051.轴承箱；7052.集水筒；7053.密封对接箱；

1201.定子段；1202.变径段；1203.自旋转转子端。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的钻井工具用多功能试验台的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本发明的第一实施方式涉及一种钻井工具用多功能试验台，参照图1，它包括水罐2、振动测试平台6和旋转变径测试平台7，如图3所示，振动测试平台6上架设被测工具一11，如图4所示，旋转变径测试平台7上架设被测工具二12，被测工具一11和被测工具二12均具有供水口和回水口，水罐2的出水口通过管线连接至泥浆泵1的入口，泥浆泵1的出口通过送水管线3连接至供水口，回水口通过回水管线4连接至水罐2的进水口；

送水管线3和回水管线4通过分支管线并联，且送水管线3、回水管线4和分支管线上分别串接若干阀门。

本实施方式保护的钻井工具用多功能试验台的工作过程如下：

泥浆泵1将水罐2内的水抽走，经过送水管线3送至被测工具一11的供水口，水在被测工具一11内流通，自被测工具一11的供水口流至回水口，再自回水管线4流回水罐2；类似地，经过送水管线3送至被测工具二12的供水口，水在被测工具二12内流通，自被测工具二12的供水口流至回水口，再自回水管线4流回水罐2。

其中，送水管线3和回水管线4通过分支管线和阀门并联或串联，实现对被测工具一11的供水或对被测工具二12的供水，或者实现对被测工具一11和被测工具二12同时供水。

被测工具一11和被测工具二12是待检测参数的钻井用工具，例如被测工具一11可以是水力振荡器，水力振荡器被架设在振动测试平台6上，流经水力振荡器内的水模拟的是井下钻压环境，经过本实施方式的试验台获取水力振荡器的机械与水力参数，被测工具二12与其类似。

值得一提地是，流经被测工具一11和被测工具二12的水是模拟井下环境，为待测工具提供动力，以使其在井内一样受到液体的冲击，而发生振动、旋转等。

可以看出，本实施方式可以同时实现对两种钻井工具的机械水力参数的检测，解决了传统的试验台只能检测单一类型工具参数的问题。

第二实施方式：

在第一实施方式的基础上，如图1所示，送水管线3的出水管口连接1号送水三通阀301，1号送水三通阀301的两个出口分别连接备用出水管302和1号分支送水管303，备用出水管302上串接安装备用出水阀门307，1号分支送水管303通过旋转变径送水高压软管309连接至旋转变径测试平台7上被测工具二12的供水口；

送水管线3自上游至下游依次串接安装2号送水三通阀304和送水阀门一305，2号送水三通阀304的第三出口通过送水阀门二306连接振动送水高压软管308，振动送水高压软管308连接至振动测试平台6上被测工具一11的供水口；

送水阀门一305和1号送水三通阀301之间的送水管线3的管壁并联连通回水管线4，回水管线4的出水管口连接1号回水三通阀401，1号回水三通阀401的两个出口分别通过比例背压阀402和安全阀403连接至水罐2的进水口，回水管线4自上游至下游依次串接安装回水阀门一404、2号回水三通阀405、回水阀门二406和3号回水三通阀407；

振动测试平台6的回水口连接振动回水高压软管410，振动回水高压软管410连接回水阀门三408，回水阀门三408连接2号回水三通阀405的第三出口；

旋转变径测试平台7的回水口连接旋转变径回水高压软管411，旋转变径回水高压软管411通过管线连接回水阀门四409，回水阀门四409通过管线连接至3号回水三通阀407的第三出口。

本实施方式的工作过程如下：

振动测试平台6单独工作：备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门一305、1号送水三通阀301、回水阀门四409和回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304，流经送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、2号回水三通阀405、回水阀门二406、3号回水三通阀407和比例背压阀402，最终进入水罐2。

旋转变径测试平台7单独工作：备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门二306、回水阀门三408和回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304、送水阀门一305、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411、3号回水三通阀407、回水管线4、比例背压阀402，最终进入水罐2。

振动测试平台6和旋转变径测试平台7串连工作：备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门一305和回水阀门二406，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304、送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、回水阀门一404、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411、回水阀门四409、3号回水三通阀407、回水管线4和比例背压阀402，最终进入水罐2。

振动测试平台6和旋转变径测试平台7并连工作：备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304，水分为两路，一路水依次经过送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、2号回水三通阀405、回水阀门二406和回水管线4，抵达3号回水三通阀407；另外一路水依次流经2号送水三通阀304、送水阀门一305、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411和回水阀门四409，抵达3号回水三通阀407；两路水在3号回水三通阀407汇合，流经比例背压阀402，最终进入水罐2。

参照以上流程，本实施方式可以单独实现对振动类被测工具水利参数的检测，也可以单独实现对旋转变径类被测工具水利参数的检测，此外，可以同时实现对振动类被测工具水利参数的检测和旋转变径类被测工具水利参数的检测，即可以检测多种类型钻具工具的机械与水利参数。

在送水阀门一305、送水阀门二306、备用出水阀门307、回水阀门一404、回水阀门三408、回水阀门四409，以及1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309之间串联的阀门上，均安装有压力传感器、流量传感器和温度传感器，需要说明的是，在以上阀门安装的是可以同时测得压力、流量和温度的一体式传感器，也可以是分体式的三种传感器。

比例背压阀402为开度可调，调节开度使整个系统压力增高或降低，从而使振动测试平台6和旋转变径测试平台7上的被测工具一11和被测工具二12达到最佳工作状态。

安全阀403为电控常闭状态，设定泄压值后，当系统压力达到或超过安全阀403设定的数值后，安全阀403自动开启为系统泄压，过载保护。

通常情况下，备用出水阀门307是关闭的，但当整个系统出现紧急情况或故障时，可以在出水阀门307接管线，以便消除故障，保证安全。

第三实施方式：

在第一实施方式或第二实施方式的基础上，参照图4，旋转变径测试平台7上自被测工具二12的供水口至回水口，依次布设有动力加载装置701、变径压力检测装置704和旋转密封收水装置705，旋转密封收水装置705具有输入轴和输出轴，输入轴与被测工具二12的回水口端连接，输出轴依次同轴连接增速机706、转速扭矩测量仪707、电涡流测功仪708、电磁离合器709和磁粉制动器710；

动力加载装置701和变径压力检测装置704之间布设多个可调支撑装置702和多个定心装置703。

具体地，由计算机10提供启动指令，动力加载装置701对被测工具二12提供扭矩，被测工具二12在扭力下旋转，被两个定心装置703扶正避免跳动，扭矩经由旋转密封收水装置705传递到增速机706，转速加快扭矩降低，传递给转速扭矩测量仪707测出转速和扭矩，扭矩继续传递给电涡流测功仪708，测出功率，转速扭矩测量仪707与电涡流测功仪708将测得的数据反馈给计算机10，计算机10发出停止指令，动力加载装置701停止输出扭矩，电涡流测功仪708启动为系统减速，速度降低后，电磁离合器709启动，将扭矩专递给磁粉制动器710，在磁粉制动器710作用下系统旋转停止。

需要说明的是，增速机706、转速扭矩测量仪707、电涡流测功仪708、电磁离合器709和磁粉制动器710均是现有的可以市购的结构，在此不作详细的说明。

如图6所示动力加载装置701包括电机7011，电机7011驱动回转减速机7012，回转减速机7012的回转支承内装配有转动轴，转动轴的一端与轴向调整油缸7013的活塞杆接触或分离，转动轴的另一端通过轴承箱与被测工具二12的回水口端连接。

参照图6，动力加载装置701还包括固接于旋转变径测试平台7上的安装支座，安装支座的旁侧设有固接于旋转变径测试平台7上的地脚7014，地脚7014和安装支座之间设有移动油缸7015，移动油缸7015的一端与地脚7014连接，另外一端水平伸入安装支座内。

具体地，当被测工具二12轴向尺寸较短时，固定地脚7014，启动移动油缸7015伸出，动力加载装置701受力向左移动，松开地脚7014，启动移动油缸7015收缩，再次固定地脚7014，启动移动油缸7015伸出，动力加载装置701受力向左移动。如此反复可使动力加载装置701移动较远距离，满足被测工具二12轴向尺寸要求即可。

参照图9，变径压力检测装置704包括夹爪7042，夹爪7042设有至少一对，一对夹爪7042平行且相对而设形成可抱箍被测工具二12的空腔，每一个夹爪7042的背面连接一个夹紧油缸7041，夹紧油缸7041推动夹爪7042夹紧或松开被测工具二12。

具体地，被测工具二12的变径段1202与变径压力检测装置704中的夹爪704对正，启动夹紧油缸7041伸出，两个夹爪704向中心移动，接触并加紧变径段1202，计算机10有编码的间歇性启动高压液体流经被测工具二12时，变径段1202张大，力作用在夹爪704上，传递到夹紧油缸7041，测得力的数值传递给计算机10。

如图10所示，旋转密封收水装置705包括依次连接的轴承箱7051、集水筒7052和密封对接箱7053，如图5所示，被测工具二12自供水端至回水端分别为定子段1201、变径段1202和自旋转转子端1203，自旋转转子端1203伸入密封对接箱7053内与该箱内的输入轴密封对接，输入轴与集水筒7052内的空心多孔隙轴同轴连接，空心多孔隙轴与轴承箱7051内的输出轴同轴连接，输出轴同轴连接增速机706；

空心多孔隙轴是指在空心轴的孔壁上开设有若干个通孔，流经空心轴的水自通孔流出进入集水筒7052内，具体地，被测工具二12内的水从自旋转转子端1203喷出流入密封对接箱7053内的输入轴，输入轴内的水自空心多孔隙轴的轴壁孔喷出流入集水筒7052，集水筒7052的筒壁通过管道与振动回水高压软管410连通。

自旋转转子端1203伸入密封对接箱7053内与该箱内的输入轴密封对接，可以是通过螺纹旋接，也可以是通过转换接头连接，如图10的密封对接箱7053内的输入轴与被测工具二12的自旋转转子端1203只能通过转换接头连接，此举的目的是传递扭矩，因此其他可以达到传递扭矩功能的结构也可以。

高压液体作用下，被测工具二12的自旋转转子端1203具有自旋转功能，自旋转转子端1203的转动扭矩与动力加载装置701扭矩加载共同作用下，形成合力传递扭矩给旋转密封收水装置705，再传递到增速机706，转速加快扭矩降低，传递给转速扭矩测量仪707测出转速和扭矩，扭矩继续传递给电涡流测功仪708，测出功率，转速扭矩测量仪707与电涡流测功仪708将测得的数据反馈给计算机10，计算机10通过测算算出被测工具二12的自旋转转子端1203自旋转参数。

如图3所示，被测工具一11通过轴向加载装置601和径向阻尼装置602被架设在振动测试平台6上，轴向加载装置601有两个，分别位于被测工具一11的两端，径向阻尼装置602布设于两个轴向加载装置601之间。

两具轴向加载装置601向被测工具一11提供轴向压力，且不影响被测工具一11产生的自激式振动，两具径向阻尼装置602向被测工具一11提供径向压力，且不影响被测工具一11产生的自激式振动。

轴向加载装置601的结构参考公告号为CN106383041B的授权专利，径向阻尼装置602的结构参考公告号为CN106545729B的授权专利，这两个结构中涉及的油缸参考公告号为CN106640832B的授权专利。

参照图2，钻井工具用多功能试验台，还包括电控房5、液压站8、工业遥控器9和计算机10，工业遥控器9和计算机10分别与液压站8电连接，液压站8供液压油给轴向加载装置601、径向阻尼装置602、动力加载装置701和变径压力检测装置704，计算机10连接电控房5，电控房5连接泥浆泵1，计算机10还连接电机7011、变径压力检测装置704、转速扭矩测量仪707、电涡流测功仪708、比例背压阀402和安全阀403。

为了方便控制各个阀门的开启或关闭，所有的阀门均与计算机10电连接，比例背压阀402为开度可调，通过计算机10调节，调节开度使整个系统压力增高或降低，从而使振动测试平台6与旋转变径测试平台7上的被试工具达到工作最佳状态。

安全阀403为电控常闭状态，在计算机10调节设定安全阀403的泄压值，数值设定好后，当系统压力达到或超过安全阀403设定的数值后，安全阀403自动开启为系统泄压，过载保护。

需要说明的是，可调支撑装置702和定心装置703均为机械领域的常规部件，本实施方式为了方便说明，优选图7所示的可调支撑装置702的结构，在试验台上放置支架，在支架的中心假设垂直向上伸缩的调高油缸7023，在调高油缸7023的正上方水平固接一个具有多对高度不同的卡槽7022的结构，根据被测工具二12的高度，选择某一对卡槽7022，在该卡槽7022内架设调高滚轮7021，调高滚轮7021与卡槽7022配合并且可以在卡槽7022滚动，吊装被测工具二12到调高滚轮7021上，启动调高油缸7023伸出，被测工具二12被升到与其他装置同中心高。

优选图8所示定心装置703的结构，手动调节定心装置703上的旋钮7032，使丝杠7033转动带动定心滚轮7031向中央移动，接触并抱紧被测工具二12。启动调高油缸7023，可调支撑装置702脱离被测工具二12，工具达到试验条件，安装完成。

停止试验后，启动夹紧油缸7041收缩，两个夹爪704向两侧移动，松开被测工具二12，启动调高油缸7023伸出，调高滚轮7021升起接触被测工具二12后，停止调高油缸7023动作，手动调节定心装置703上的旋钮7032，使丝杠7033转动带动定心滚轮7031向两侧移动，脱离被测工具二12。控制动力加载装置701的轴向调整油缸7013收缩，使动力加载装置701与被测工具二12脱离并移远，推动被测工具二12轴向移动，自旋转转子端1203脱离旋转密封收水装置705，至此被测工具二12完全脱离旋转变径测试平台7，吊离现场。

第四实施方式：

参照图1～图10，本实施方式保护了一种钻井工具用多功能试验台的使用方法，包括以下步骤：

S001.设备安装

在振动测试平台6上，将被测工具一11贯穿径向阻尼装置602，在被测工具一11的两端分别布设一个轴向加载装置601，其中一个轴向加载装置601连接振动送水高压软管308，另外一个轴向加载装置601连接振动回水高压软管410，水罐2的进水口、送水管线3、振动送水高压软管308、被测工具一11、振动回水高压软管410、回水管线4、水罐2的出水口形成闭合循环水路；

在旋转变径测试平台7上，将被测工具二12的定子段1201的端部连接于动力加载装置701，变径段1202被抱箍夹持在变径压力检测装置704内，自旋转转子端1203连接旋转密封收水装置705，旋转密封收水装置705输出轴依次连接增速机706、转速扭矩测量仪707、电涡流测功仪708、电磁离合器709和磁粉制动器710，其中，动力加载装置701内的被测工具二12的供水口连接旋转变径送水高压软管309，旋转密封收水装置705内的被测工具二12的回水口连接旋转变径回水高压软管411，水罐2的进水口、旋转变径送水高压软管309、送水管线3、被测工具二12、旋转变径回水高压软管411、回水管线4、水罐2的出水口形成闭合循环水路；

S002.振动测试平台6单独工作

备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门一305、1号送水三通阀301、回水阀门四409和回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304，流经送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、2号回水三通阀405、回水阀门二406、3号回水三通阀407和比例背压阀402，最终进入水罐2；

在以上水路循环过程中，工业遥控器9或计算机10下达指令至液压站8，液压站8供液压油给轴向加载装置601和径向阻尼装置602，轴向加载装置601向被测工具一11提供轴向压力，径向阻尼装置602向被测工具一11提供径向压力，模拟井下钻压，观察并记录被测工具一11的机械参数；

S003.旋转变径测试平台7单独工作

备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门二306、回水阀门三408和回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304、送水阀门一305、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411、3号回水三通阀407、回水管线4、比例背压阀402，最终进入水罐2；

在以上水路循环过程中，计算机10下达指令至动力加载装置701，动力加载装置701对被测工具二12提供扭矩，被测工具二12在扭力下旋转，扭矩经旋转密封收水装置705依次传递至增速机706、转速扭矩测量仪707、电涡流测功仪708，转速扭矩测量仪707测得被测工具二12的转速和扭矩，电涡流测功仪708测得被测工具二12的功率，同时转速扭矩测量仪707和电涡流测功仪708将测得的数据传输至计算机10，计算机10发出停止指令，动力加载装置701停止输出扭矩，电涡流测功仪708启动为被测工具二12减速，电磁离合器709启动，将扭矩传递至磁粉制动器710，被测工具二12及其余部件停止旋转；

S004.振动测试平台6和旋转变径测试平台7串连工作

备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭送水阀门一305和回水阀门二406，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304、送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、回水阀门一404、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411、回水阀门四409、3号回水三通阀407、回水管线4和比例背压阀402，最终进入水罐2；

S005.振动测试平台6和旋转变径测试平台7并连工作

备用出水阀门307常闭，计算机10控制关闭回水阀门一404，同时打开其余阀门，泥浆泵1泵抽水罐2的水，水进入送水管线3，水进入送水管线3，经过2号送水三通阀304，水分为两路，一路水依次经过送水阀门二306和振动送水高压软管308，抵达振动测试平台6，为被测工具一11提供动力后，水流经振动回水高压软管410、回水阀门三408、2号回水三通阀405、回水阀门二406和回水管线4，抵达3号回水三通阀407；另外一路水依次流经2号送水三通阀304、送水阀门一305、1号送水三通阀301、1号分支送水管303和旋转变径送水高压软管309，抵达旋转变径测试平台7，为被测工具二12提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管411和回水阀门四409，抵达3号回水三通阀407；

两路水在3号回水三通阀407汇合，流经比例背压阀402，最终进入水罐2。

综上所述，本发明提供的钻井工具用多功能试验台，可以单独实现对振动类被测工具水利参数的检测，也可以单独实现对旋转变径类被测工具水利参数的检测，此外，可以同时实现对振动类被测工具水利参数的检测和旋转变径类被测工具水利参数的检测，即可以检测多种类型钻具工具的机械与水利参数，解决了传统试验台只能单向检测的问题。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻井工具用多功能试验台，其特征在于：它包括水罐（2）、振动测试平台（6）和旋转变径测试平台（7），所述振动测试平台（6）上架设被测工具一（11），所述旋转变径测试平台（7）上架设被测工具二（12），被测工具一（11）和被测工具二（12）均具有供水口和回水口，所述水罐（2）的出水口通过管线连接至泥浆泵（1）的入口，泥浆泵（1）的出口通过送水管线（3）连接至所述供水口，所述回水口通过回水管线（4）连接至水罐（2）的进水口；

所述送水管线（3）和回水管线（4）通过分支管线并联，且送水管线（3）、回水管线（4）和分支管线上分别串接若干阀门。

2.如权利要求1所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述送水管线（3）的出水管口连接1号送水三通阀（301），1号送水三通阀（301）的两个出口分别连接备用出水管（302）和1号分支送水管（303），备用出水管（302）上串接安装备用出水阀门（307），1号分支送水管（303）通过旋转变径送水高压软管（309）连接至旋转变径测试平台（7）上被测工具二（12）的供水口；

所述送水管线（3）自上游至下游依次串接安装2号送水三通阀（304）和送水阀门一（305），2号送水三通阀（304）的第三出口通过送水阀门二（306）连接振动送水高压软管（308），振动送水高压软管（308）连接至振动测试平台（6）上被测工具一（11）的供水口；

所述送水阀门一（305）和1号送水三通阀（301）之间的送水管线（3）的管壁并联连通回水管线（4），回水管线（4）的出水管口连接1号回水三通阀（401），1号回水三通阀（401）的两个出口分别通过比例背压阀（402）和安全阀（403）连接至水罐（2）的进水口，所述回水管线（4）自上游至下游依次串接安装回水阀门一（404）、2号回水三通阀（405）、回水阀门二（406）和3号回水三通阀（407）；

所述振动测试平台（6）的回水口连接振动回水高压软管（410），振动回水高压软管（410）连接回水阀门三（408），回水阀门三（408）连接2号回水三通阀（405）的第三出口；

所述旋转变径测试平台（7）的回水口连接旋转变径回水高压软管（411），旋转变径回水高压软管（411）通过管线连接回水阀门四（409），回水阀门四（409）通过管线连接至3号回水三通阀（407）的第三出口。

3.如权利要求1或2所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述旋转变径测试平台（7）上自被测工具二（12）的供水口至回水口，依次布设有动力加载装置（701）、变径压力检测装置（704）和旋转密封收水装置（705），所述旋转密封收水装置（705）具有输入轴和输出轴，输入轴与被测工具二（12）的回水口端连接，输出轴依次同轴连接增速机（706）、转速扭矩测量仪（707）、电涡流测功仪（708）、电磁离合器（709）和磁粉制动器（710）；

所述动力加载装置（701）和变径压力检测装置（704）之间布设多个可调支撑装置（702）和多个定心装置（703）。

4.如权利要求3所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述动力加载装置（701）包括电机（7011），电机（7011）驱动回转减速机（7012），回转减速机（7012）的回转支承内装配有转动轴，转动轴的一端与轴向调整油缸（7013）的活塞杆接触或分离，转动轴的另一端通过轴承箱与被测工具二（12）的回水口端连接。

5.如权利要求4所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述动力加载装置（701）还包括固接于旋转变径测试平台（7）上的安装支座，安装支座的旁侧设有固接于旋转变径测试平台（7）上的地脚（7014），所述地脚（7014）和安装支座之间设有移动油缸（7015），移动油缸（7015）的一端与地脚（7014）连接，另外一端水平伸入安装支座内。

6.如权利要求3所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述变径压力检测装置（704）包括夹爪（7042），所述夹爪（7042）设有至少一对，一对夹爪（7042）平行且相对而设形成可抱箍被测工具二（12）的空腔，每一个夹爪（7042）的背面连接一个夹紧油缸（7041），夹紧油缸（7041）推动夹爪（7042）夹紧或松开被测工具二（12）。

7.如权利要求3所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述旋转密封收水装置（705）包括依次连接的轴承箱（7051）、集水筒（7052）和密封对接箱（7053），所述被测工具二（12）自供水端至回水端分别为定子段（1201）、变径段（1202）和自旋转转子端（1203），自旋转转子端（1203）伸入密封对接箱（7053）内与该箱内的输入轴密封对接，输入轴与集水筒（7052）内的空心多孔隙轴同轴连接，所述空心多孔隙轴与轴承箱（7051）内的输出轴同轴连接，输出轴同轴连接增速机（706）；

所述被测工具二（12）内的水从自旋转转子端（1203）喷出流入密封对接箱（7053）内的输入轴，输入轴内的水自空心多孔隙轴的轴壁孔喷出流入集水筒（7052），集水筒（7052）的筒壁通过管道与振动回水高压软管（410）连通。

8.如权利要求3所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：所述被测工具一（11）通过轴向加载装置（601）和径向阻尼装置（602）被架设在振动测试平台（6）上，所述轴向加载装置（601）有两个，分别位于被测工具一（11）的两端，径向阻尼装置（602）布设于两个轴向加载装置（601）之间。

9.如权利要求4所述的钻井工具用多功能试验台，其特征在于：还包括电控房（5）、液压站（8）、工业遥控器（9）和计算机（10），所述工业遥控器（9）和计算机（10）分别与液压站（8）电连接，液压站（8）供液压油给轴向加载装置（601）、径向阻尼装置（602）、动力加载装置（701）和变径压力检测装置（704），所述计算机（10）连接电控房（5），电控房（5）连接泥浆泵（1），计算机（10）还连接电机（7011）、变径压力检测装置（704）、转速扭矩测量仪（707）、电涡流测功仪（708）、比例背压阀（402）和安全阀（403）。

10.一种如权利要求1～9中任一权利要求所述的钻井工具用多功能试验台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S001.设备安装

在振动测试平台（6）上，将被测工具一（11）贯穿径向阻尼装置（602），在被测工具一（11）的两端分别布设一个轴向加载装置（601），其中一个轴向加载装置（601）连接振动送水高压软管（308），另外一个轴向加载装置（601）连接振动回水高压软管（410），水罐（2）的进水口、送水管线（3）、振动送水高压软管（308）、被测工具一（11）、振动回水高压软管（410）、回水管线（4）、水罐（2）的出水口形成闭合循环水路；

在旋转变径测试平台（7）上，将被测工具二（12）的定子段（1201）的端部连接于动力加载装置（701），变径段（1202）被抱箍夹持在变径压力检测装置（704）内，自旋转转子端（1203）连接旋转密封收水装置（705），旋转密封收水装置（705）输出轴依次连接增速机（706）、转速扭矩测量仪（707）、电涡流测功仪（708）、电磁离合器（709）和磁粉制动器（710），其中，动力加载装置（701）内的被测工具二（12）的供水口连接旋转变径送水高压软管（309），旋转密封收水装置（705）内的被测工具二（12）的回水口连接旋转变径回水高压软管（411），水罐（2）的进水口、旋转变径送水高压软管（309）、送水管线（3）、被测工具二（12）、旋转变径回水高压软管（411）、回水管线（4）、水罐（2）的出水口形成闭合循环水路；

S002.振动测试平台（6）单独工作

备用出水阀门（307）常闭，计算机（10）控制关闭送水阀门一（305）、1号送水三通阀（301）、回水阀门四（409）和回水阀门一（404），同时打开其余阀门，泥浆泵（1）泵抽水罐（2）的水，水进入送水管线（3），经过2号送水三通阀（304），流经送水阀门二（306）和振动送水高压软管（308），抵达振动测试平台（6），为被测工具一（11）提供动力后，水流经振动回水高压软管（410）、回水阀门三（408）、2号回水三通阀（405）、回水阀门二（406）、3号回水三通阀（407）和比例背压阀（402），最终进入水罐（2）；

在以上水路循环过程中，工业遥控器（9）或计算机（10）下达指令至液压站（8），液压站（8）供液压油给轴向加载装置（601）和径向阻尼装置（602），轴向加载装置（601）向被测工具一（11）提供轴向压力，径向阻尼装置（602）向被测工具一（11）提供径向压力，模拟井下钻压，观察并记录被测工具一（11）的机械参数；

S003.旋转变径测试平台（7）单独工作

备用出水阀门（307）常闭，计算机（10）控制关闭送水阀门二（306）、回水阀门三（408）和回水阀门一（404），同时打开其余阀门，泥浆泵（1）泵抽水罐（2）的水，水进入送水管线（3），经过2号送水三通阀（304）、送水阀门一（305）、1号送水三通阀（301）、1号分支送水管（303）和旋转变径送水高压软管（309），抵达旋转变径测试平台（7），为被测工具二（12）提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管（411）、3号回水三通阀（407）、回水管线（4）、比例背压阀（402），最终进入水罐（2）；

在以上水路循环过程中，计算机（10）下达指令至动力加载装置（701），动力加载装置（701）对被测工具二（12）提供扭矩，被测工具二（12）在扭力下旋转，扭矩经旋转密封收水装置（705）依次传递至增速机（706）、转速扭矩测量仪（707）、电涡流测功仪（708），转速扭矩测量仪（707）测得被测工具二（12）的转速和扭矩，电涡流测功仪（708）测得被测工具二（12）的功率，同时转速扭矩测量仪（707）和电涡流测功仪（708）将测得的数据传输至计算机（10），计算机（10）发出停止指令，动力加载装置（701）停止输出扭矩，电涡流测功仪（708）启动为被测工具二（12）减速，电磁离合器（709）启动，将扭矩传递至磁粉制动器（710），被测工具二（12）及其余部件停止旋转；

S004.振动测试平台（6）和旋转变径测试平台（7）串连工作

备用出水阀门（307）常闭，计算机（10）控制关闭送水阀门一（305）和回水阀门二（406），同时打开其余阀门，泥浆泵（1）泵抽水罐（2）的水，水进入送水管线（3），水进入送水管线（3），经过2号送水三通阀（304）、送水阀门二（306）和振动送水高压软管（308），抵达振动测试平台（6），为被测工具一（11）提供动力后，水流经振动回水高压软管（410）、回水阀门三（408）、回水阀门一（404）、1号送水三通阀（301）、1号分支送水管（303）和旋转变径送水高压软管（309），抵达旋转变径测试平台（7），为被测工具二（12）提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管（411）、回水阀门四（409）、3号回水三通阀（407）、回水管线（4）和比例背压阀（402），最终进入水罐（2）；

S005.振动测试平台（6）和旋转变径测试平台（7）并连工作

备用出水阀门（307）常闭，计算机（10）控制关闭回水阀门一（404），同时打开其余阀门，泥浆泵（1）泵抽水罐（2）的水，水进入送水管线（3），水进入送水管线（3），经过2号送水三通阀（304），水分为两路，一路水依次经过送水阀门二（306）和振动送水高压软管（308），抵达振动测试平台（6），为被测工具一（11）提供动力后，水流经振动回水高压软管（410）、回水阀门三（408）、2号回水三通阀（405）、回水阀门二（406）和回水管线（4），抵达3号回水三通阀（407）；另外一路水依次流经2号送水三通阀（304）、送水阀门一（305）、1号送水三通阀（301）、1号分支送水管（303）和旋转变径送水高压软管（309），抵达旋转变径测试平台（7），为被测工具二（12）提供动力后，水流经旋转变径回水高压软管（411）和回水阀门四（409），抵达3号回水三通阀（407）；

两路水在3号回水三通阀（407）汇合，流经比例背压阀（402），最终进入水罐（2）。

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