CN117309454A - 一种动态指向式旋转导向钻压测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态指向式旋转导向钻压测试装置，其包括：卡环，其套设钻铤外壁，与钻铤外壁上形成的台阶轴向限位；钻压球头，其包括球头连接端和与球头连接端相对侧的球头球面端，球头连接端与钻铤内的导向轴端部固定连接；钻压球座，其包括球座球面端和与球座球面端相对侧的球座抵接端，球头球面端与球座球面端形成球面贴合连接的球面副；连接杆和底座，卡环、钻压球头以及钻压球座同轴设置，连接杆串接于卡环、钻压球座套以及底座，连接杆两端分别与卡环和底座限位卡接，底座上设置压力测量机构，压力测量机构的一端与球座抵接端相连，另一端设置于底座上。本发明能够降低测试难度，简化测试装置，以使其更利于使用。
Description
技术领域
本发明属于定向钻井设备测试领域，具体涉及一种动态指向式旋转导向钻压测试装置。
背景技术
旋转导向工具按照导向原理可以分为两类：推靠式旋转导向和指向式旋转导向。推靠式旋转导向依靠推靠井壁产生的侧向分力造斜导向，指向式旋转导向通过内部偏置机构为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角产生导向作用。指向式旋转导向按照内部偏置机构的工作方式不同，分为静态指向式旋转导向与动态指向式旋转导向，静态偏置指向式是驱动芯轴形变，产生钻头与钻铤轴线的夹角。动态指向式旋转导向钻井工具通过内部偏置机构保证导向轴与钻铤轴线产生夹角，电机驱动偏置机构与钻铤等速反向旋转，实现钻具夹角面对地动态稳定，产生定向造斜效果。
动态指向式旋转导向是一种全旋转定向钻井工具，钻压测试装置的设计难点在于与钻头相连的导向轴和钻铤存在固定偏角，转动测试过程中导向轴绕钻铤轴线摆动，摆动转速与钻铤等速反向，这样就增加了钻压施加的难度。
经过资料调查，目前国内指向式旋转导向仪器研制处于初期，配套测试设备研究很少，钻压测试是指向式旋转导向仪器研制重要测试内容，可以检验仪器内部结构设计合理性以及作业施工时钻井参数的确定。目前国内有机构设计复杂的测试台通过液压控制系统结合万向节、台架等机构来实现动态指向式旋转导向转动状态下的钻压测试，该机构有结构复杂、实施难度大、成本高等缺点。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种动态指向式旋转导向钻压测试装置，以降低测试难度，简化测试装置，以使其更利于使用。
本申请提供了一种动态指向式旋转导向钻压测试装置，包括：卡环，其用于套设于钻铤的外壁，且与钻铤的外壁上形成的台阶形成轴向限位；钻压球头，其包括球头连接端和与球头连接端相对侧的球头球面端，球头连接端用于与钻铤内的导向轴的端部固定连接；钻压球座，其包括球座球面端和与球座球面端相对侧的球座抵接端，球头球面端与球座球面端形成球面贴合连接的球面副；以及，连接杆和底座，卡环、钻压球头以及钻压球座同轴设置，连接杆依次串接于卡环、钻压球座套以及底座，连接杆的两端分别与卡环和底座限位卡接，底座上还设置有压力测量机构，压力测量机构的一端与球座抵接端相连，另一端设置于底座上。
在一些实施例中，球头球面端的球面构造为朝向外凸的球面，球座球面端的球面构造为朝向内凹的球面，球头球面端的球面的弧长小于球座球面端的球面。
在一些实施例中，球头球面端的球面与球座球面端的球面的半径相同。
在一些实施例中，球头球面端的球面的弧长小于球座球面端的球面。
在一些实施例中，球头连接端构造为椎体结构，球头连接端与钻铤内的导向轴的端部螺纹连接。
在一些实施例中，压力测量机构包括螺杆和设置于螺杆上的压力传感器，螺杆与钻压球座同轴设置，螺杆与底座螺纹连接，同时，螺杆的一端与球座抵接端的端面抵接。
在一些实施例中，连接杆的一端形成有凸缘，凸缘用于与卡环限位抵接；连接杆的另一端形成有螺纹，螺纹用于连接螺母，以与底座固定连接。
在一些实施例中，连接杆包括若干个拉杆，卡环、钻压球头以及钻压球座上形成有用于拉杆穿过的通孔。
在一些实施例中，若干个拉杆以钻压球座的轴线对称设置，同时，相邻的拉杆的距离相等。
在一些实施例中，卡环构造为环形结构，环形结构内环形内壁构造为阶梯环形壁，阶梯环形壁用于套设于钻铤的外壁，且与钻铤的外壁上形成的台阶形成轴向限位。
由上述技术方案可知，本发明提供的动态指向式旋转导向钻压测试装置，一方面，既满足了导向轴钻压施加，又无需外部承载机构；另一方面，球面副的球心为导向轴摆动支点位置，保证了导向轴圆周摆动不受阻，实现了转动状态下的钻压测试。
附图说明
图1为本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置与旋转导向装置的结构连接示意图；
图3为本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置与旋转导向装置的结构连接的球面副的示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种动态指向式旋转导向钻压测试装置做进一步详细的描述。
图1示出了根据本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100的结构；图2示出了根据本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100与旋转导向装置200的结构连接。结合图1和图2所示，该动态指向式旋转导向钻压测试装置100，包括：卡环1，其用于套设于钻铤201的外壁，且与钻铤201的外壁上形成的台阶202形成轴向限位；钻压球头2，其包括球头连接端21和与球头连接端21相对侧的球头球面端22，球头连接端21用于与钻铤201内的导向轴203的端部固定连接；钻压球座3，其包括球座球面端31和与球座球面端31相对侧的球座抵接端32，球头球面端22与球座球面端31形成球面贴合连接的球面副33；以及，连接杆4和底座5，卡环1、钻压球头2以及钻压球座3同轴设置，连接杆4依次串接于卡环1、钻压球座3套以及底座5，连接杆4的两端分别与卡环1和底座5限位卡接，底座5上还设置有压力测量机构6，压力测量机构6的一端与球座抵接端32相连，另一端设置于底座5上。
本申请中的动态指向式旋转导向钻压测试装置100应用于测试的旋转导向装置200，其包括钻铤201、电机204、偏转轴205、导向轴203、扭力球座206、扭力球207等部件。该旋转导向装置200，电机204设置于钻铤201的内部，电机204与偏转轴205相连，导向轴203的端部与偏转轴205相连，同时，导向轴203通过扭力球座206和扭力球207设置于钻铤201内。
根据本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100在具体使用时，结合图2所示，先将动态指向式旋转导向钻压测试装置100与旋转导向装置200连接为一体，具体的连接方式为：钻压球头2的球头连接端21与导向轴203进行连接固定，卡环1限位在钻铤201的台阶202上，底座5的压力测量机构6的一端与球座抵接端32抵接连接，连接杆4依次串接于卡环1、钻压球座3套以及底座5，并与底座5进行固定。此时，压力测量机构6的一端顶于球座抵接端32的端面，压力测量机构6产生的轴向压力通过球面副33传递给钻压球头2，球面副33能够将压力测量机构6产生的轴向力的方向转化为沿导向轴203的轴向力，从而能够消除不同轴产生的侧向力，进而能够实现转动状态下的旋转导向装置200的钻压的施加，压力测量机构6同时能够检测钻压的大小。
根据本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100将装置本体与测试仪器（旋转导向装置200）固定为一体，这样，动态指向式旋转导向钻压测试装置100可跟随测试仪器的转动，将轴向力消耗在导向轴203与钻铤201之间。通过该设置，一方面，本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100既满足了导向轴203钻压施加，又无需外部承载机构；另一方面，球面副33的球心为导向轴203摆动支点位置，保证了导向轴203圆周摆动不受阻，实现了转动状态下的钻压测试。
请参照图2，在一些实施例中，球头球面端22的球面可构造为朝向外凸的球面，球座球面端31的球面可构造为朝向内凹的球面，球头球面端22的球面的弧长小于球座球面端31的球面。
本申请中，球头球面端22可理解为动子，球座球面端31可理解为静子，动子相对于静子进行球面副33运动。本申请中，通过将球头球面端22的球面的弧长小于球座球面端31的球面，使得球座球面端31的可包覆面积更多，从而使得能够更利于球头球面端22的运动，同时，能够使得受力更为均布和稳定。
请参照图2和图3，在一些实施例中，球头球面端22的球面与球座球面端31的球面的半径相同。通过该设置，半径相同能够使得球头球面端22与球座球面端31更好的贴合。
请参照图2，在一些实施例中，球头连接端21可构造为椎体结构，球头连接端21与钻铤201内的导向轴203的端部螺纹连接。通过该设置，通过椎体结构的螺纹连接，能够使得球头连接端21更好的承受导向轴203的轴向力，以使得球头连接端21与导向轴203的连接更为稳定可靠。
此外，请参照图3，需要说明的是，球头球面端22的球面与球座球面端31的球面的半径的圆心位于导向轴203的轴心上。进一步地，圆心位于导向轴203的扭力球207的位置。
请回到图1，在一些实施例中，压力测量机构6可包括螺杆61和设置于螺杆61上的压力传感器，螺杆61与钻压球座3同轴设置，螺杆61与底座5螺纹连接，同时，螺杆61的一端与球座抵接端32的端面抵接。
本申请中，螺杆61旋转通过底座5上的螺纹孔，顶在球座抵接端32的端面。旋转螺杆61产生的轴向压力通过球面副33传递给钻压球头2，球面副33可以将螺杆61轴向力方向转化为沿导向轴203的轴向力，以消除不同轴产生的侧向力，从而实现转动状态下的钻压施加。螺杆61上装有压力传感器，可以检测钻压的大小。
通过上述设置，球面副33接触解决了导向轴203与钻铤201具有摆动夹角的问题，可以满足360°钻压施加，最终可以实现动态钻压施加。
请回到图1，在一些实施例中，连接杆4的一端可形成有凸缘11，凸缘11用于与卡环1限位抵接；连接杆4的另一端可形成有螺纹，螺纹用于连接螺母12，以与底座5固定连接。
请回到图1和图2，在一些实施例中，连接杆4可包括若干个拉杆，卡环1、钻压球头2以及钻压球座3上形成有用于拉杆穿过的通孔。
在一些实施例中，若干个拉杆以钻压球座3的轴线对称设置，同时，相邻的拉杆的距离相等，以保持固定的稳定性。
请参照图1，在一些实施例中，卡环1可构造为环形结构，环形结构内环形内壁可构造为阶梯环形壁，阶梯环形壁用于套设于钻铤201的外壁，且与钻铤201的外壁上形成的台阶202形成轴向限位。
通过上述设置，根据本发明实施例的动态指向式旋转导向钻压测试装置100的结构简单，组装和使用方便，便于现场工作人员的使用。
需要说明的是，本申请中提及的旋转导向装置200，应用于上述的动态指向式旋转导向钻压测试装置100，包括钻铤201，钻铤201的外周壁的预设位置形成有限位台阶202，限位台阶202与卡环1抵接配合。
请参照图2，本申请中提及的旋转导向装置200还包括电机204、偏转轴205、导向轴203、扭力球座206、扭力球207，其中，电机204设置于钻铤201的内部，电机204与偏转轴205相连，导向轴203的端部与偏转轴205相连，同时，导向轴203通过扭力球座206和扭力球207设置于钻铤201内。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语 “长度”、“宽度”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、 “轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，包括：
卡环，其用于套设于钻铤的外壁，且与所述钻铤的外壁上形成的台阶形成轴向限位；
钻压球头，其包括球头连接端和与所述球头连接端相对侧的球头球面端，所述球头连接端用于与钻铤内的导向轴的端部固定连接；
钻压球座，其包括球座球面端和与所述球座球面端相对侧的球座抵接端，所述球头球面端与所述球座球面端形成球面贴合连接的球面副；以及，
连接杆和底座，所述卡环、所述钻压球头以及所述钻压球座同轴设置，所述连接杆依次串接于所述卡环、所述钻压球座套以及所述底座，所述连接杆的两端分别与所述卡环和所述底座限位卡接，所述底座上还设置有压力测量机构，所述压力测量机构的一端与所述球座抵接端相连，另一端设置于所述底座上。
2.根据权利要求1所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述球头球面端的球面构造为朝向外凸的球面，所述球座球面端的球面构造为朝向内凹的球面。
3.根据权利要求2所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述球头球面端的球面与所述球座球面端的球面的半径相同。
4.根据权利要求3所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述球头球面端的球面的弧长小于所述球座球面端的球面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述球头连接端构造为椎体结构，所述球头连接端与所述钻铤内的导向轴的端部螺纹连接。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述压力测量机构包括螺杆和设置于所述螺杆上的压力传感器，所述螺杆与所述钻压球座同轴设置，所述螺杆与所述底座螺纹连接，同时，所述螺杆的一端与所述球座抵接端的端面抵接。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述连接杆的一端形成有凸缘，所述凸缘用于与所述卡环限位抵接；所述连接杆的另一端形成有螺纹，所述螺纹用于连接螺母，以与所述底座固定连接。
8.根据权利要求7所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述连接杆包括若干个拉杆，所述卡环、所述钻压球头以及所述钻压球座上形成有用于所述拉杆穿过的通孔。
9.根据权利要求8所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，若干个所述拉杆以所述钻压球座的轴线对称设置，同时，相邻的所述拉杆的距离相等。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的动态指向式旋转导向钻压测试装置，其特征在于，所述卡环构造为环形结构，所述环形结构内环形内壁构造为阶梯环形壁，所述阶梯环形壁用于套设于钻铤的外壁，且与所述钻铤的外壁上形成的台阶形成轴向限位。
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| 吕建国;刘宝林;杜建生;李清涛;: "指向式旋转导向系统旋转轴弯曲旋转试验研究", 探矿工程(岩土钻掘工程), no. 1, pages 123 - 129 * |
| 孙学珍;高雪;: "新型动态指向式旋转导向钻井工具试验装置设计", 机械研究与应用, no. 06, pages 132 - 134 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117309454B (zh) | 2024-01-26 |
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