CN112729738A - 一种双台振动试验装置 - Google Patents

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裴仁忠
王中兴
张文秀
张天信
杨永友
赵丹
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Abstract

本发明提供一种双台振动试验装置，包括：两个辅助装置和两个振动装置；其中，所述辅助装置包括：升降设备，设置有升降部；滑动件，装配在所述升降部上，且所述滑动件沿纵向方向相对于所述升降部相对滑动；通过两个辅助装置托举钻井工具(被测试物)，实现钻井工具的重量不会超过振动装置的最大承重，使振动装置不易损坏，并在振动试验过程中，使钻井工具不容易倾覆。

Description

一种双台振动试验装置
技术领域
本发明涉及井下工具振动试验技术领域，特别涉及一种双台振动试验装置。
背景技术
智能导钻系统是目前石油领域较为先进的钻测井工具，在井下工作时，面临强振动强冲击的工作环境，为了验证该系统的环境与可靠性，需要在实验室环境下通过振动台进行振动模拟试验，验证仪器的环境适应性和可靠性。对于井下工具振动试验，目前常用的方法是将被测仪器直接通过卡具固定在振动台上进行振动试验，由于井下工具与振动台通过球头连接，球头是活动结构有一定的偏转角度，所以井下工具通过卡具和球头连接后无法保证稳定的固定在振动台上，这样存在井下工具容易倾覆的风险；另外，振动试验时，如果设计试验的条件大于球头或振动台的承载能力时，容易损坏球头和振动台，对于弯曲的井下工具，不能保证与振动台保持在一个水平面，即球头有偏转角，也会在振动试验时容易损坏球头和振动台。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种能够在振动试验中，使井下工具不容易倾覆，使振动装置不易损坏的双台振动试验装置。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种双台振动试验装置，包括：两个辅助装置和两个振动装置，其中，所述辅助装置包括：升降设备，设置有升降部；滑动件，装配在所述升降部上，且所述滑动件沿纵向方向相对于所述升降部相对滑动；弹性件，为所述滑动件向上滑动提供力。
进一步地，所述升降部上设置有导向孔；所述导向孔的轴向沿纵向方向设置；所述滑动件装配在所述导向孔内，且沿纵向方向相对于所述升降部相对滑动。
进一步地，所述导向孔的内壁或所述滑动件的表面设置有凹槽，所述凹槽内设置有滚珠。
进一步地，所述凹槽环绕所述导向孔的轴向设置，且沿轴向设置。
进一步地，所述弹性件为弹簧；所述弹簧套设所述滑动件设置，使所述弹簧沿纵向伸缩。
进一步地，所述滑动件为滑动杆。
进一步地，所述滑动件上设置有卡具，用于卡接所述钻井工具。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过两个辅助装置托举钻井工具，实现钻井工具的重量不会超过振动装置的最大承重，使振动装置不易损坏，并在振动试验过程中，使钻井工具不容易倾覆，另外，通过调整两个辅助装置与钻井工具的位置和高度，可以调整辅助装置、钻井工具和振动装置组成的系统的固有频率，以避开振动试验时的共振频率。附图说明
图1是本发明实施例中一种双台振动试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中辅助装置的结构示意图；
图3是本发明实施例滑动件、导向孔和滚珠的连接结构示意图。
附图标记：
10：升降台；20：限位架；30：滑动杆；40：托举部件50：弹簧；60：滚珠；70：振动装置。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在附图中示出了根据本发明实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
图1是本发明实施例中一种双台振动试验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中辅助装置的结构示意图。
本发明实施例中，如图1所示，提供一种双台振动试验装置，主要包括两个辅助装置和两个振动装置60；其中，如图2所示，辅助装置主要包括升降设备10、滑动件20和弹性件30。升降设备10设置有升降部；滑动件20装配在升降部上，且滑动件20沿纵向方向相对于升降部相对滑动；弹性件30滑动件20向上滑动提供力。
钻井工具为细长型圆柱体，仪器长度为2-9m，直径为172-192mm，重量为500-1500kg。根据试验需求，需要进行全尺寸钻井工具振动试验。
具体的，两个辅助装置设置在水平底面上且设置在同一高度，两个辅助装置分别位于振动装置60的相对两侧，且距离振动装置60的相等，振动装置60位于一定的高度，以使钻井工具水平设置在两个辅助装置和振动装置60上，两个辅助装置提供辅助的支撑力，使钻井工具不会超过振动装置60的最大承重。
辅助装置的下部为升降装置，该升降装置设置有升降部(升降台)，该升降部在纵向方向上升降，滑动件20与升降部滑动连接，钻井工具装配在滑动件20上，且滑动件20随钻井工具的振动同步振动，使滑动件20沿纵向方向相对于升降部相对滑动，钻井工具向下振动时，滑动件20向下滑动，弹性件30被压缩至一定压缩量后，弹性件30的弹性力释放两个辅助装置使钻井工具受力平衡，使其在振动试验过程中不易倾斜，乃至倾覆。
图3是本发明实施例滑动件、导向孔和滚珠的连接结构示意图。
一些实施例中，如图3所示，升降部上设置有导向孔12；导向孔12的轴向沿纵向方向设置；滑动件20装配在导向孔12内，且沿纵向方向相对于升降部相对滑动。
具体的，升降部上可以设置有支架，该支架设置有导向孔12，导向孔12的轴向沿纵向方向设置，且位于辅助装置的中线上，导向孔12内装配有滑动件20，导向孔12与滑动件20相适配，导向孔12可以为通孔，也可以为盲孔，滑动件20可以滑动至导向孔12内，即支架的内部。
一些实施例中，导向孔12的内壁设置有凹槽，凹槽内设置有滚珠40。
具体的，导向孔12的内壁设置有至少一个用于容置滚珠40的凹槽，多个滚珠40均匀设置在凹槽内，凹槽与滚珠40相适配，滚珠40的一部分位于凹槽内，滚珠40的另一部分露出凹槽，滑动件20在滑动过程中会接触露出凹槽的滚珠40部分，并使滚珠40在凹槽内原地滚动，以使滑动件20沿滚珠40滑动。设置滚珠40的目的是为了消除滑动件20与导向孔12内壁之间的摩擦力，滑动件20与导向孔12之间摩擦力会阻碍滑动件20与钻井工具的同步振动，钻井工具振动带动滑动件20滑动，滑动件20的动能通过摩擦力会转化为内能，减弱钻井工具的振动效果，使其不能按照预设频率振动，达不到振动试验的效果。
一些实施例中，滑动件20的表面设置有凹槽，凹槽内设置有滚珠40。
具体的，滑动件20的表面设置有至少一个用于容置滚珠40的凹槽，多个滚珠40均匀设置在凹槽内，凹槽与滚珠40相适配，滚珠40的一部分位于凹槽内，滚珠40的另一部分露出凹槽，滑动件20在滑动过程中露出凹槽的滚珠40部分会接触导向孔12的内壁，并使滚珠40在凹槽内原地滚动，即滑动件20利用滚珠40在导向孔12的内壁滑动。
一些实施例中，凹槽环绕导向孔12的轴向设置，且沿周向设置。
具体的，凹槽环绕导向孔12的轴向设置形成环形槽，且沿周向设置，环形槽的槽底朝向导向孔12的轴向设置，通过均匀设置的滚珠40使滑动件20，使滑动件20沿导向孔12的轴向滑动。
一些实施例中，滑动件20为滑动杆。
一些实施例中，滑动件20上设置有连接件，用于连接钻井工具。
一些实施例中，滑动件20上设置有卡具50，用于卡接钻井工具。
具体的，滑动杆远离升降部的一端设置有卡具50，另一端伸入导向孔12。
一些实施例中，连接件上设置有托台，用于托起钻井工具。
具体的，滑动杆远离升降部的一端设置有托台，另一端伸入导向孔12。
一些实施例中，弹性件30为弹簧；弹簧套设滑动件20设置，使弹簧沿纵向伸缩。
弹簧套设滑动件20设置，使弹簧的伸缩方向与滑动件20的滑动方向相同，弹簧一端连接前述支架，另一端连接前述卡具50或托台，使弹簧沿纵向伸缩。
一些实施例中，辅助装置还包括有对准装置(图上未标出)，通过对准装置使两个辅助装置的位于同一竖直面上。
具体的，对准装置为光传感器，设置有发射端和接收端，发射端向另一个对准装置的接收端发射信号，接收端接收来自另一个对准装置的发射端发射信号。
一些实施例中，振动装置60包括振动台和卡具，卡具通过球头与振动台连接。其中，振动台用于提供振动激励；卡具连接在钻井工具和球头(机械解耦装置)之间，用于振动传递；球头用于消除或减小振动台机械耦合运动带来的影响。
一些实施例中，振动装置60还包括对准传感器(图上未标出)。
具体的，每个振动装置60设置有两个对准传感器，两个对准传感器分别设置振动装置60的相对两侧，使两个对准传感器和振动装置60的中线位于同一竖直面上。通过两个振动装置60的对准传感器和两个辅助装置的对准装置，实现两个振动装置60和两个辅助装置的中线位于同一竖直面上。
优选实施例中，设置有两台振动装置60，且两个两台振动装置60相对位置应可调。与单振装置振动试验方法相比，双振动装置60振动试验方法激励更均匀,能够实现不同的试验条件,能够提供更大的推力，两个振动装置60在试验件不同位置进行单向激励的振动试验。两台辅助装置分别设置在两台振动装置60的相对两侧，使两台辅助装置和两台振动装置60的中心线位于同一竖直面上。其中，两台振动装置60在试验过程中保持台体高度一致。
一些实施例中，辅助装置与钻井工具的强度安全系数要大于4；辅助装置与钻井工具组成的系统的频率要低于设计的试验频率下限的1/3。
具体的，通过调整辅助装置与振动装置的位置(即辅助装置托举钻井工具的位置，两个辅助装置分别相对或相向移动)和受力大小(即通过升降部调整高度来改变弹簧的长度，从而改变钻井工具受到的向上的推力)来调整辅助装置与钻井工具的强度安全系数和辅助装置、钻井工具和振动装置组成的系统的频率，以避开其共振频率不在试验设计的频率范围内。
一些实施例中，钻井工具振动试验装置，还包括振动控制系统和振动测量和分析系统。振动控制系统用于按照规定的试验条件，对振动试验进行控制，达到预期振动响应；振动测量和分析系统用于振动数据采集和分析处理。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过两个辅助装置托举钻井工具，实现钻井工具的重量不会超过振动装置的最大承重，使振动装置不易损坏，并在振动试验过程中，使钻井工具不容易倾覆，另外，通过调整两个辅助装置与钻井工具的位置，可以调整辅助装置、钻井工具和振动装置组成的系统的频率，以避开共振频率，进行试验。以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种双台振动试验装置，其特征在于，包括：
两个辅助装置和两个振动装置(60)；其中，
所述辅助装置包括：
升降设备(10)，设置有升降部(11)；
滑动件(20)，装配在所述升降部(11)上，且所述滑动件(20)沿纵向方向相对于所述升降部(11)相对滑动；
弹性件(30)，为所述滑动件(20)向上滑动提供力。
2.根据权利要求1所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述升降部(11)上设置有导向孔(12)；
所述导向孔(12)的轴向沿纵向方向设置；
所述滑动件(20)装配在所述导向孔(12)内，且沿纵向方向相对于所述升降部(11)相对滑动。
3.根据权利要求2所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述导向孔(12)的内壁或所述滑动件(20)的表面设置有凹槽，所述凹槽内设置有滚珠(40)。
4.根据权利要求3所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述凹槽环绕所述导向孔(12)的轴向设置，且沿周向设置。
5.根据权利要求1所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述弹性件(30)为弹簧；
所述弹簧套设所述滑动件(20)设置，使所述弹簧沿纵向伸缩。
6.根据权利要求1所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述滑动件(20)为滑动杆。
7.根据权利要求1-6任一项所述的钻井工具振动试验装置，其特征在于，
所述滑动件(20)上设置有卡具(50)，用于卡接所述钻井工具。
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