CN112857724B - 一种钻井工具垂直振动试验装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻井工具垂直振动试验装置及系统，其中，钻井工具垂直振动试验装置，包括：支架，呈平面对称，所述支架包括支撑部和底座；所述支撑部设置在所述底座上；至少两个固定件，沿纵向间隔设置在所述支撑部上，所述固定件用于将被测物垂直固定在所述支架上。本发明提供的一种钻井工具垂直振动试验装置，当通过振动台或冲击台对被测物实施垂直振动、冲击的模拟试验时，支架能够有效传递振动和冲击力，这样可准确获得振动试验设计的加速度等数据，从而可验证仪器的环境适应性和可靠性；被测物与支架通过固定件紧密固定，确保在实施振动冲击试验时产生的振动冲击效果与实际使用时一致，使垂直振动试验效果更加真实有效。

Description

一种钻井工具垂直振动试验装置及系统

技术领域

本发明涉及振动冲击试验技术领域，特别涉及一种钻井工具垂直振动试验装置及系统。

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，智能导钻井下工具形状多为细长型圆柱体，仪器长度（即被测物）一般为1-5m，直径为172-178mm，重量为100-500kg。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或冲击台进行振动、冲击的模拟试验，验证仪器的环境适应性和可靠性。

现有技术中，并没有能够对钻井工具进行振动、冲击等力学环境试验的装置及系统。

发明内容

（一）发明目的

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，提供一种钻井工具垂直振动试验装置，能够有效传递模拟试验时在垂直方向的振动和冲击力，且被测物不会发生倾覆。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明实施例的第一方面提供了一种钻井工具垂直振动试验装置，包括：支架，呈平面对称，所述支架包括支撑部和底座；所述支撑部设置在所述底座上；至少两个固定件，沿纵向间隔设置在所述支撑部上，所述固定件用于将被测物垂直固定在所述支架上。

进一步地，还包括：连接件，呈平面对称，设置在所述底座上，使所述连接件的对称平面与所述支架的对称平面位于同一平面。

进一步地，所述固定件包括第一夹块和的第二夹块；所述第一夹块和所述第二夹块分别具有半圆孔，两个所述半圆孔对应设置以形成圆形的安装孔，所述安装孔的轴线位于所述支架的对称平面上。

进一步地，所述底座呈平面对称，所述底座均匀置有多个连接件安装孔，多个所述连接件安装孔沿同一圆心的多个周向设置，所述底座与所述连接件通过螺钉连接。

进一步地，所述支撑部呈平面对称，所述支撑部通过焊接与所述底座连接。

进一步地，所述支撑部包括第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁；所述第二侧壁与所述第三侧壁设置在所述第一侧壁的两侧，使所述支撑部呈平面对称；所述第一侧壁上均匀设置有固定孔，用于固定所述固定件。

进一步地，所述第一侧壁包括：主筋板，具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面为平面，且平行设置；所述主筋板的第一面均匀设置有所述固定孔；主筋板加强板，沿所述安装孔的轴向设置在所述主筋板的第二面上，且所述主筋板加强板与所述主筋板垂直设置；偶数个主筋板加强筋，分别垂直所述主筋板加强板与所述主筋板对称设置在所述主筋板的第二面上。

进一步地，所述第二侧壁和所述第三侧壁分别包括：连接板，具有平行设置的第一面和第二面；连接板加强板，沿所述安装孔的轴向设置在所述连接板的第二面上，且所述连接板加强板垂直所述连接板设置；连接板加强筋，分别垂直所述连接板与所述连接板加强板设置在所述连接板的第二面上；其中，所述第二侧壁的连接板的第一面与所述第三侧壁的连接板的第一面相对设置；所述第二侧壁的连接板加强筋与第三侧壁的连接板加强筋对应设置，使所述支撑部呈平面对称。

进一步地，所述底座设置有多个安装槽，多个所述安装槽用于分别安装对应的所述主筋板、所述连接板、所述主筋板加强板和所述连接板加强板。

进一步地，所述连接件上设置有多个底座安装孔，多个所述底座安装孔沿同一圆心的多个周向设置。

进一步地，相邻两个所述固定件间隔1-2米设置。

本发明实施例的第二方面提供了一种钻井工具垂直振动试验系统，包括：如本发明实施例的第一方面提供的任一项所述的钻井工具垂直振动试验装置。

（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：

本发明提供的一种钻井工具垂直振动试验装置，当通过振动台对被测物实施垂直振动、冲击的模拟试验时，支架通过平面对称的结构有效传递振动和冲击力，并且能够准确获得振动试验设计的加速度等数据，从而可验证仪器的环境适应性和可靠性；被测物与支架通过固定件紧密固定，且在振动试验时模拟的振动效果与实际使用时一致，使垂直振动试验效果更加真实有效。

附图说明

图1是本发明实施例中钻井工具垂直振动试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中固定件的结构示意图；

图3是本发明实施例中垫圈的结构示意图；

图4是本发明实施例中底座的结构示意图；

图5是本发明另一个实施例中钻井工具垂直振动试验装置的结构示意图；

图6是本发明实施例中第一侧壁的结构示意图；

图7是本发明实施例中连接件的结构示意图。

附图标记：

1：底座；11：连接件安装孔；12：安装槽；2：固定件；21：第一夹块；22：第二夹块；3：被测物；4：连接件；41：底座安装孔；5A：第一侧壁；5B：第二侧壁；5C：第三侧壁；50：固定孔；51：主筋板；52：主筋板加强板；53：主筋板加强筋；54：连接板；55：连接板加强板；56：连接板加强筋；6：垫圈。

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。图中所示出形状以及它们之间的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、大小的区域。

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。

申请人发现钻井工具井下工具在进行钻井工作时，受到振动、冲击力是沿着仪器纵向（长轴向）传递，因此时，需要将井下工具（被测物3）竖直安置，即与振动、冲击台面垂直。被测物3与振动台或冲击台的台面连接，连接的紧密度和合理性将决定了振动、冲击试验效果，也能确保试验的安全性。

图1是本发明实施例中钻井工具垂直振动试验装置的结构示意图。

因此，本发明第一实施例中，如图1所示，提供了一种钻井工具垂直振动试验装置，主要包括支架和至少两个固定件2。支架呈平面对称，支架包括支撑部和底座1；支撑部设置在底座1上；至少两个固定件2沿纵向间隔设置在支撑部上，固定件2用于将被测物3垂直固定在支架上。

具体的，由于被测物3为智能导钻井下工具，其形状为细长型圆柱体，长度为1-5m，直径为172-178mm，重量为100-500kg不等，被测物3垂直固定在支架上，使被测物3在纵向上实现振动或冲击。固定件2的数量并不是越多越好，需要与被测物3的材料、长短、设置的位置、振动或冲击频率、力度相关，多个固定件2根据试验设计分布在被测物3上。在试验过程中，可以通过改变固定件2的位置调整被测物3与试验装置组成的被测系统的共振频率。底座1用于与振动台或冲击台的输出端连接，支架呈平面对称使钻井工具垂直振动试验装置均匀受到来自振动台或冲击台的力，并且有效传递纵向的振动和冲击力，这样可准确获得振动试验设计的加速度等数据。

一些实施例中，钻井工具垂直振动试验装置还包括连接件4，该连接件4呈平面对称，且设置在底座1上，使连接件4的对称平面与支架的对称平面位于同一平面。

具体的，钻井工具垂直振动试验装置通过连接件4与振动台或冲击台连接，连接件4对称平面与支架的对称平面位于同一平面上，使钻井工具垂直振动试验装置均匀受到来自振动台或冲击台的力，有效传递纵向的振动和冲击力。

图2是本发明实施例中固定件的结构示意图。

一些实施例中，如图2所示，固定件2包括第一夹块21和的第二夹块22；第一夹块21和第二夹块22分别具有半圆孔，两个半圆孔对应设置以形成圆形的安装孔，安装孔的轴线位于支架的对称平面上。

一些实施例中，第一夹块21和第二夹块22分别设置有连接孔，用于第一夹块21和第二夹块22连接；第一夹块21的连接孔还用于与支架连接。

具体的，固定件2为夹具，第一夹块21设置有第一半圆孔，第二夹块22上设置有第二半圆孔，第一半圆孔和第二半圆孔对称设置，形成圆形的安装孔以实现与被测物3适配，通过第一半圆孔和第二半圆孔与被测物3相配合，使第一夹块21和第二夹块22通过螺钉连接将被测物3卡紧。第一夹块21和第二夹块22的设计使得在振动试验过程中对被测物3容易且方便安装和拆卸。

本发明实施例中螺钉优选为内六角螺钉，通过内六角螺钉实现各部件间的固定连接。

一些实施例中，为了能够保证被测物3与固定件2无缝连接，同时能够保护被测物3实验时不被磨损和发生位移，固定件2还包括垫圈6，该垫圈6的外径与第一半圆孔和第二半圆孔相配合，垫圈6的内径与被测物3相配合。垫圈6可套设在被测物3上再将垫圈6放入卡具内再拧紧螺钉，对垫圈6卡紧，垫圈6受力变形从而卡紧被测物3。

图3是本发明实施例中垫圈的结构示意图。

一些实施例中，如图3所示，垫圈6包括第一垫圈和第二垫圈，第一垫圈和第二垫圈成对设置，第一垫圈和第二垫圈分别和第一半圆孔和第二半圆孔相配合，垫圈6的外径设为圆锥形。第一半圆孔和第二半圆孔可以为成对的半圆锥孔，垫圈6的外径设为圆锥形，且与半圆锥孔配合，垫圈6可选用弹性系数高的合金钢制作，当第一夹块21和第二夹块22通过螺钉拧紧连接为整体时，垫圈6受力变形将被测物3卡紧，由于垫圈6设为圆台，且将左右两端的两个垫圈6的大端第一半圆孔安装，可防止在振动试验时产生轴向窜动，而造成被测物3的轴向位移，从而造成实验的不稳定性。

垫圈6的一侧设有切口，该切口沿垫圈6的轴线设置；第一夹块21远离第一半圆孔的圆弧的顶端设有螺纹孔，螺纹孔上下贯穿且与第一半圆孔的圆弧相通，螺纹孔内设有相配合的螺钉，螺钉用于抵紧垫圈6的外径。

一些实施例中，垫圈6沿轴线将其一侧切开，形成沿轴向的切口，使用时将垫圈6套在被测物3上，沿被测物3的轴向移动，位置调整好后将置于第一夹块21和第二夹块22的中心，再通过螺钉拧紧将第一夹块21和第二夹块22连接为整体时，垫圈6受力变形将被测物3卡紧，可在第一夹块21的顶面向下拧入螺钉从而将垫圈6抵紧锁住，这样也可防止在振动试验时产生轴向窜动，而造成被测物3的轴向位移，从而造成实验的不稳定性。

图4是本发明实施例中底座的结构示意图。

一些实施例中，如图4所示，底座1呈平面对称，底座1均匀置有多个连接件安装孔11，多个连接件安装孔11沿同圆心的多个周向设置，底座1与连接件4通过螺钉连接。

一些实施例中，支撑部呈平面对称，支撑部通过焊接与底座1连接。

具体的，支撑部通过焊接与底座1连接，以提高支架的强度，多个连接件安装孔11沿周向设置的圆心位于前述安装孔的轴线上。多个连接件安装孔11的分布组成了了多个同心“圆”，用于与连接件4连接，多个连接件安装孔11用于调整与连接件4的位置，使实施例中的装置能够与不同的振动台或冲击台相适配，即将实施例中的装置可以安装在不同的振动台或冲击台。

图5是本发明另一个实施例中钻井工具垂直振动试验装置的结构示意图；

图6是本发明实施例中第一侧壁的结构示意图；

一些实施例中，如图1、图5和图6所示，支撑部包括第一侧壁5A、第二侧壁5B和第三侧壁5C；第二侧壁5B与第三侧壁5C设置在第一侧壁5A的两侧，使支撑部呈平面对称；第一侧壁5A上均匀设置有固定孔50，用于固定固定件2。

具体的，三个侧壁组成了包围结构，使支撑部呈平面对称，三个侧壁与底座1限定了一个容置空间，用于容置被测物3，使被测物3固定在容置空间内；第一侧壁5A上均匀设置有固定孔50，该固定孔50可以为通孔或盲孔。

一些实施例中，第一侧壁5A包括主筋板51、主筋板加强板52和偶数个主筋板加强筋53。主筋板51具有第一面和第二面，第一面和第二面为平面且平行设置；主筋板51的第一面均匀设置有固定孔50；主筋板加强板52沿安装孔的轴向设置在主筋板51的第二面上，且主筋板加强板52与主筋板51垂直设置；偶数个主筋板加强筋53，分别垂直主筋板加强板52与主筋板51对称设置在主筋板51的第二面上。

具体的，主筋板51和主筋板加强板52垂直底座1设置在底座1的第一面上，但是，实际中，主筋板51和主筋板加强板52并不能实现“完美”的垂直底座1设置，这样使第一侧壁5A从下至上的受力（振动或冲击力）不均匀，即从下至上受力依次减小，所以主筋板加强板52的厚度和宽度从下至上对应的依次变薄和变窄，保证第一侧壁5A的强度时减少第一侧壁5A的重量，较少振动或冲击力在支架上分散，以准确获得振动试验设计的相关数据。

一些实施例中，第二侧壁5B和第三侧壁5C分别包括连接板54、连接板加强板55和连接板加强筋56。连接板54具有平行设置的第一面和第二面；连接板加强板55沿安装孔的轴向设置在连接板54的第二面上，且连接板加强板55垂直连接板54设置；连接板加强筋56分别垂直连接板54与连接板加强板55设置在连接板54的第二面上；其中，第二侧壁5B的连接板54的第一面与第三侧壁5C的连接板54的第一面相对设置；第二侧壁5B的连接板加强筋56与第三侧壁5C的连接板加强筋56对应设置，使支撑部呈平面对称。

具体的，第二侧壁5B和第三侧壁5C具有相同的结构，再通过与第一侧壁5A和底座1的配合使支架平面对称。同理，连接板加强筋56的厚度和宽度从下至上对应的依次变薄和变窄。第二侧壁5B的连接板加强筋56与第三侧壁5C的连接板加强筋56对应设置，例如第二侧壁5B的连接板加强筋56与第三侧壁5C的连接板加强筋56设置有相同的个数，设置在相同的位置，以使支撑部呈平面对称。第一侧壁5A第二侧壁5B和第三侧壁5C均采用镁合金材料，该材料具有密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击、振动载荷能力强的特点。

侧壁与底板的连接，各侧壁零部件的连接均通过焊接连接，确保焊接牢固可靠、无缺陷；焊接处进行倒角处理来增加焊接强度；焊后修磨焊疤，时效处理，消除内应力，整体使用效果更好；焊后整体经龙门镗铣床处理，保证整体表面加工精度和表面粗糙度。

一些实施例中，底座1设置有多个安装槽12，多个安装槽12用于分别安装对应的主筋板51、连接板54、主筋板加强板52和连接板加强板55。

具体的，底座1的第一面设置有多个安装槽12，该多个安装槽12与主筋板51、连接板54、主筋板加强板52和连接板加强板55对应，使安装槽12分为主筋板51安装槽12、连接板54安装槽12、主筋板加强板52安装槽12和连接板加强板55安装槽12，分别用于安装对应的部件的底部；主筋板51、连接板54、主筋板加强板52和连接板加强板55安装后再通过焊接固定底座1与主筋板51、连接板54、主筋板加强板52和连接板加强板55。

图7是本发明实施例中连接件的结构示意图。

一些实施例中，如图7所示，连接件4上设置有多个底座安装孔41，多个底座安装孔41沿同圆心的多个周向设置。

具体的，连接件4上设有若干个底座安装孔41和台面安装孔，底座安装孔41用于与底座1连接，台面安装孔用于与振动台或冲击台的台面（输出端上用于连接钻井工具垂直振动试验装置的结构）。底座安装孔41和台面安装孔均设为上下贯穿的通孔，底座安装孔41和台面安装孔设为呈同圆心的圆周分布，且底座安装孔41和台面安装孔间隔均匀分布，底座安装孔41和台面安装孔相互错开。

连接件4设为多边形，底座安装孔41与台面安装孔设于间隔均匀的同角度的不同直径的圆周上，且靠近多边形的每个顶角处及每条边的中心位置均设有第一半圆孔应的台面安装孔。

底座1的连接面可呈圆周分布设有螺纹孔，与底座安装孔41的位置第一半圆孔应，可采用内六角螺钉将连接件4连接固定于底座1的底面；台面安装孔的圆周分布直径可设为大于底座安装孔41的圆周分布直径，将连接件4连接固定于振动台上时方便内六角螺钉的拧紧。

一些实施例中，相邻两个固定件2间隔1-2米设置。

本发明实施例的第二方面提供了一种钻井工具垂直振动试验系统，主要包括：本发明实施例的第一方面提供的任一项的钻井工具垂直振动试验装置。

一些实施例中，钻井工具垂直振动试验系统还包括振动台，该振动台的输出端与钻井工具垂直振动试验装置连接。

一些实施例中，钻井工具垂直振动试验系统还包括冲击台，该冲击台的输出端与钻井工具垂直振动试验装置连接。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种钻井工具垂直振动试验装置，当通过振动台对被测物3实施纵向振动、冲击的模拟试验时，支架通过平面对称的结构有效传递振动和冲击力，并且能够准确获得振动试验设计的加速度等数据，从而可验证仪器的环境适应性和可靠性；被测物3与支架通过固定件2紧密固定，且在振动试验时模拟的振动效果与实际使用时一致，使纵向振动试验效果更加真实有效。

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 (9)

1.一种钻井工具垂直振动试验装置，其特征在于，包括：

支架，呈平面对称，所述支架包括支撑部和底座(1)；所述支撑部设置在所述底座(1)上；

至少两个固定件(2)，沿纵向间隔设置在所述支撑部上，所述固定件(2)用于将被测物(3)垂直固定在所述支架上；

所述支撑部包括第一侧壁(5A)、第二侧壁(5B)和第三侧壁(5C)；

所述第二侧壁(5B)与所述第三侧壁(5C)设置在所述第一侧壁(5A)的两侧，使所述支撑部呈平面对称；

所述第一侧壁(5A)上均匀设置有固定孔(50)，用于固定所述固定件(2)；

所述第一侧壁(5A)包括：

主筋板(51)，具有第一面和第二面，所述主筋板(51)的第一面和所述主筋板(51)的第二面为平面，且平行设置；所述主筋板(51)的第一面均匀设置有所述固定孔(50)；

主筋板加强板(52)，沿纵向设置在所述主筋板(51)的第二面上，且所述主筋板加强板(52)与所述主筋板(51)垂直设置；

偶数个主筋板加强筋(53)，分别垂直所述主筋板加强板(52)与所述主筋板(51)，对称设置在所述主筋板(51)的第二面上；

所述第二侧壁(5B)和所述第三侧壁(5C)分别包括：

连接板(54)，具有平行设置的第一面和第二面；

连接板加强板(55)，沿纵向设置在所述连接板(54)的第二面上，且所述连接板加强板(55)垂直所述连接板(54)设置；

连接板加强筋(56)，分别垂直所述连接板(54)与所述连接板加强板(55)，设置在所述连接板(54)的第二面上；其中，

所述第二侧壁(5B)的连接板(54)的第一面与所述第三侧壁(5C)的连接板(54)的第一面相对设置；

所述第二侧壁(5B)的连接板加强筋(56)与第三侧壁(5C)的连接板加强筋(56)对应设置，使所述支撑部呈平面对称。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

连接件(4)，呈平面对称，设置在所述底座(1)上，使所述连接件(4)的对称平面与所述支架的对称平面位于同一平面。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述固定件(2)包括第一夹块(21)和的第二夹块(22)；

所述第一夹块(21)和所述第二夹块(22)分别具有半圆孔，两个所述半圆孔对应设置以形成圆形的安装孔，所述安装孔的轴线位于所述支架的对称平面上。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述底座(1)呈平面对称，所述底座(1)均匀置有多个连接件安装孔(11)，多个所述连接件安装孔(11)沿同一圆心的多个周向设置，所述底座(1)与所述连接件(4)通过螺钉连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述支撑部呈平面对称，所述支撑部通过焊接与所述底座(1)连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述底座(1)设置有多个安装槽(12)，多个所述安装槽(12)用于分别安装对应的所述主筋板(51)、所述连接板(54)、所述主筋板加强板(52)和所述连接板加强板(55)。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述连接件(4)上设置有多个底座安装孔(41)，多个所述底座安装孔(41)沿同一圆心的多个周向设置。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

相邻两个所述固定件(2)间隔1-2米设置。

9.一种钻井工具垂直振动试验系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的钻井工具垂直振动试验装置。

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