CN112903469A - 一种用于井下工具的测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于井下工具的测试装置，该测试装置包括水平延伸的板状的基座；竖直式设置在基座上的第一支撑架；竖直式设置在基座上的第二支撑架，第二支撑架与第一支撑架相对式分布；设置在第一支撑架上的第一连接头，第一连接头能相对于第一支撑架旋转；固定设置在第二支撑架上的第二连接头，第二连接头能与第一连接头相对式分布，其中，第一支撑架能带动第一连接头相对于第二支撑架横向上运动以增加或者缩短第一连接头与第二连接头之间的距离，该测试装置的同时对待测量的井下工具施加轴向力和扭矩，从而更加真实地模拟井下工具的实际使用过程，对井下工具的安全性能进行更精准的评价。

Description

一种用于井下工具的测试装置
技术领域
本发明属于石油天然气工业机械技术领域，具体涉及一种用于井下工具的测试装置。
背景技术
随着油气开发的不断深入，钻井技术也有了很大发展，出现了多种钻井提速工具。钻井提速工具入井后，如果发生断裂，造成井内落物，会给施工造成极大的损失。由此，工具入井试验前需要开展多种试验，包括工具性能试验、工具安全试验等。工具性能试验是为了验证工具的功能是否达到设计要求，工具安全试验是指测试工具的抗拉抗扭性能，验证其是否满足入井要求。
现有技术中，用于测试井下工具的抗拉抗扭强度的装置结构复杂，也无法比较好的模拟井下环境。例如，测试装置分别测试抗拉、抗扭，无法同时测试抗拉抗扭性能。但是实际井下工具工作是同时承受轴向力、扭矩的，这样会影响测试准确度。
由此，发明一种能更好的模拟井下实际工作环境的测试装置是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于井下工具的测试装置。该测试装置能同时对待测量的井下工具施加轴向力和扭矩，从而更加真实地模拟井下工具的实际使用过程，对井下工具的安全性能进行更精准的评价。
根据本发明提出了一种测试装置，包括：
水平延伸的板状的基座，
竖直式设置在基座上的第一支撑架，
竖直式设置在基座上的第二支撑架，第二支撑架与第一支撑架相对式分布，设置在第一支撑架上的第一连接头，第一连接头能相对于第一支撑架旋转，
固定设置在第二支撑架上的第二连接头，第二连接头能与第一连接头相对式分布，
其中，第一支撑架能带动第一连接头相对于第二支撑架横向上运动以增加或者缩短第一连接头与第二连接头之间的距离。
在一个实施例中，在第一支撑架与第二支撑架之间设置丝杠组件，其中，丝杠组件的螺母嵌入式设置在第一支撑架内，丝杠组件的丝杠轴穿过螺母后横向延伸并与第二支撑架固定连接，丝杠组件的第一电机设置在第一支撑架的横向外侧以用于驱动丝杠轴旋转。
在一个实施例中，在基座上设置横向延伸的导向槽，而在第一支撑架的下端设置能延伸到导向槽中的导向块。
在一个实施例中，在第一支撑架上设置减速器，其中，减速器的输出轴与第一连接头连接，减速器的输入轴与设置在第一支撑架的横向外侧的第二电机连接。
在一个实施例中，还包括加热带，在加热带上构造有温度传感器，其中加热带构造为能套设在井下工具的外表面上。
在一个实施例中，还包括密闭罩，密闭罩能设置在第一连接头与第二连接头之间的井下工具的外侧并形成密封的空间，在该密闭罩的壁上设置有能与其内腔连通的打压嘴。
在一个实施例中，密闭罩包括第一弧体和能与第一弧体形成周向封闭的圆筒的第二弧体，在第一弧体和第二弧体的两端均设置有径向向内延伸的密封沿。
在一个实施例中，还包括能设置在第二连接头上的扭矩传感器和力传感器。
在一个实施例中，还包括能感知并记录第一支撑架移动距离的位移传感器。
在一个实施例中，第二连接头的横向外端可拆卸式设置有方形固定块，固定块能嵌入到第二支撑架的架内，且该固定块的内腔能依次与第二连接头、井下工具、第一连接头和输出轴连通。
与现有技术相比，本发明至少具有下列优点中的一个，该测试装置能同时对待测量的井下工具施加轴向力和扭矩，从而更加真实地模拟井下工具的实际使用过程，对井下工具的安全性能进行更精准的评价。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的测试装置的立体图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的设置密闭罩后的测试装置的立体图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的导向槽的结构图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的测试装置100。如图1所示，测试装置100包括基座1、第一支撑架2、第二支撑架3、第一连接头4和第二连接头5。其中，基座1为水平延伸的板状，并主要起到基础支撑的作用。第一支撑架2构造为竖直式设置在基座1上。第二支撑架3也竖直式设置在基座1上，并与第一支撑架2横向(图1中大体左右的方向)上相对式分布，以用于共同起到支撑待测试井下工具200的作用。第一连接头4设置在第一支撑架2上，并且构造为能相对于第一支撑架2旋转。第二连接头5固定设置在第二支撑架3上，并第二连接头5能与第一连接头4相对式分布。其中，第一支撑架2能带动第一连接头4相对于第二支撑架3横向上运动，以增加或者缩短第一连接头4与第二连接头5之间的距离。
从而，在使用过程中，待检测的井下工具200的一端与第一连接头4固定，而另一端与第二连接头5固定，以将井下工具200设置在第一支撑架2与第二支撑架3之间。当第一连接头4相对于第一支撑架2转动时，此时，井下工具200的与第一连接头4受到旋转力，而与第二连接头5连接的一端被固定，从而井下工具200受到扭转力。而当第一支撑架2靠近或远离第二支撑架3时，能为井下工具200提供轴向力。同时，上述两种加载方式既可以同时也可以单独地加载到井下工具200上，实现了更好的模拟井下工具200的实际受力效果。另外，该测试装置100结构简单，操作方便。
在一个实施例中，由于井下工具200与钻柱的其它部件大多为螺纹连接，则第一连接头4和第二连接头5也可以采用螺纹连接的方式与井下工具200连接，以方便试验操作。比如，第二连接头5还可以构造为分体式结构，并包括固定在第二支撑架3的一端的主体(图中未示出)和能与主体可拆卸的多个连接体(图中未示出)，该多个连接头能选择性的设置在主体上，以用于适配不同结构的待检测的井下工具200。同理地，第一连接头4也可采用相同或类似的设置方式。上述设置方式能增加测试装置100的通用性，提高其利用效率。
在一个实施例中，在第一支撑架2与第二支撑架3之间设置丝杠组件。其中，丝杠组件的螺母63嵌入式固定在第一支撑架2内。丝杠组件的丝杠轴61穿过螺母63后横向延伸并与第二支撑架3固定连接。丝杠组件的第一电机62设置在第一支撑架2的横向外侧以用于驱动丝杠轴61运动。在第一电机62正转或者反转过程中，带动丝杠轴61转动，从而促动螺母63以带动第一支撑架2横向移动。上述结构利用了丝杆将转动变化为直线运动的传动方式，实现了第一支撑架2横向移动，结构简单，传动可靠。
在一个实施例中，在基座1上设置横向延伸的导向槽11。同时，在第一支撑架2的下端设置能延伸到导向槽11中的导向块21。通过该导向块21与导向槽11的配合，使得第一支撑架2能更好地沿着横向移动，进而保证测试的准确性。优选地，如图3所示，导向槽11包括第一部分111和设置在第一部分111上端的第二部分112。其中，第一部分111的截面可以为方形。而第二部分112的截面也可以为方形，且第二部分112的截面面积相对减小，以形成收缩口状。而导向块21与导向槽11的形状匹配。这种方式的导向结构，还可以通过导向槽11起到卡接导向块21的作用，以防止第一支撑架2相对于基座1倾翻等问题，保证更好的导向效果。进一步优选地，为了保证导向槽11和导向块21更紧凑的配合关系，例如还可以在导向槽11的侧壁或/和顶壁面上设置凹槽状的第三部分113(图3中只是给出了在顶壁面设置第三部分113的例子)，而导向块21突出式与第三部分113配合，而第三部分113的截面可以为三角状，从而紧密地限定导向槽11和导向块21的连接关系，保证第一支撑架2横向运动的平稳性和准确性。
在第一支撑架2上设置减速器7。通过图1可以看出，第一支撑架2可以构造为箱体式结构，其中减速器7的部分设置在第一支撑架2的内腔中。而减速器7的输出轴71横向两端均延伸出第一支撑架2的壁，内侧段与第一连接头4连接，用于输出旋转动力，而另一端用于连通井下工具200。减速器的输入轴72延伸出第一支撑架2的外侧壁以与第二电机73连接。在第二电机73驱动下，带动减速器7运作，并最终通过输出轴71为第一连接头4输送旋转运动，从而带动第一连接头4转动。
如图1所示，该测试装置100还包括加热带8。加热带8构造为套状，并能选择性地套接在井下工具200的外壁上，以为井下工具200加热，从而模拟井下温度条件。在加热带8上构造有温度传感器81，用于检测和控制温度。
如图2所示，该测试装置100还包括密闭罩9。密闭罩9能设置在第一连接头4与第二连接头5之间的井下工具200的外侧，并与井下工具100一起形成密封的环空空间。同时，在该密闭罩9的壁上设置有能与其内腔连通的打压嘴91。在将密闭罩9设置到位后，可以通过打压嘴91向环空内注入流体，以对井下工具200施加围压，模拟井下的高压环境。
例如，密闭罩9包括半圆的第一弧体(图中未示出)和半圆第二弧体(图中未示出)。其中，第一弧体和第二弧体的轴向两端均设置有径向向内的密封沿。在安装中，第一弧体和第二弧体的一端的密封沿抵接在第一连接头4的外壁上，另一端的密封沿抵接在第二连接头5的外壁上，且第一弧体和第二弧体周向相对合，从而使得密封罩9罩形成的圆筒套设在井下工具200的外壁上。可以理解地，第一弧体和第二弧体的外侧可以通过例如箍圈类的结构固定。同时，在各连接比如密封沿与第一连接头4的外壁之间设置有密封件。还例如，该打压嘴91处可以设置单向阀结构，以用于流体能单向注入而不能通过此处返出。
如图1所示，例如，在第二连接头5上设置扭矩传感器41和力传感器42，用于测量扭矩和力的大小。再例如，测试装置100还包括能感知并记录第一支撑架2移动距离的位移传感器12。
如图1所示，第二连接头5的横向外端可拆卸式设置有方形的固定块43。同时，第二支撑架3可以构造为板状。固定块43能嵌入到第二支撑架3的架内，用于稳定地卡接第二连接头5，防止在井下工具200受到扭转力时，第二连接头5随其转动。同时，该固定块43的内腔与第二连接头5的内腔连通，以在固定块43、第二连接头5、井下工具200、第一连接头4和输出轴71之间形成通路，从而在井下工具200的内腔中循环钻井液，更加真实地模拟真实工作环境。
通过该测试装置100，不仅能为井下工具200提供扭矩和拉压力，测试抗拉抗扭性能，还能模拟井下高温、高压环境，以及钻具液的冲蚀情况，为井下工具200提高更接近真实的工作环境，更加精确的判断井下工具200的工作性能。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于井下工具的测试装置，其特征在于，包括：
水平延伸的板状的基座，
竖直式设置在所述基座上的第一支撑架，
竖直式设置在所述基座上的第二支撑架，所述第二支撑架与所述第一支撑架相对式分布，
设置在所述第一支撑架上的第一连接头，所述第一连接头能相对于第一支撑架旋转，
固定设置在所述第二支撑架上的第二连接头，所述第二连接头能与所述第一连接头相对式分布，
其中，所述第一支撑架能带动所述第一连接头相对于所述第二支撑架横向上运动以增加或者缩短所述第一连接头与所述第二连接头之间的距离。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，在所述第一支撑架与所述第二支撑架之间设置丝杠组件，其中，所述丝杠组件的螺母嵌入式设置在所述第一支撑架内，所述丝杠组件的丝杠轴穿过所述螺母后横向延伸并与所述第二支撑架固定连接，所述丝杠组件的第一电机设置在所述第一支撑架的横向外侧以用于驱动所述丝杠轴旋转。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，在所述基座上设置横向延伸的导向槽，而在所述第一支撑架的下端设置能延伸到所述导向槽中的导向块。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的测试装置，其特征在于，在所述第一支撑架上设置减速器，其中，所述减速器的输出轴与所述第一连接头连接，所述减速器的输入轴与设置在所述第一支撑架的横向外侧的第二电机连接。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的测试装置，其特征在于，还包括加热带，在所述加热带上构造有温度传感器，其中所述加热带构造为能套设在井下工具的外表面上。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的测试装置，其特征在于，还包括密闭罩，所述密闭罩能设置在所述第一连接头与所述第二连接头之间的井下工具的外侧并形成密封的空间，在该所述密闭罩的壁上设置有能与其内腔连通的打压嘴。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述密闭罩包括第一弧体和能与所述第一弧体形成周向封闭的圆筒的第二弧体，在所述第一弧体和所述第二弧体的两端均设置有径向向内延伸的密封沿。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的测试装置，其特征在于，还包括能设置在所述第二连接头上的扭矩传感器和力传感器。
9.根据权利要求1到8任一项所述的测试装置，其特征在于，还包括能感知并记录所述第一支撑架移动距离的位移传感器。
10.根据权利要求1到9任一项所述的测试装置，其特征在于，所述第二连接头的横向外端可拆卸式设置有方形固定块，所述固定块能嵌入到所述第二支撑架的架内，且该固定块的内腔能依次与所述第二连接头、所述井下工具、所述第一连接头和所述输出轴连通。
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