CN217501632U - 用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂，包括：机构槽，机构槽与测量系统的测量槽连接；设置在机构槽内的第一推进杆组；设置在机构槽内的第二推进杆组，其与第一推进杆组平行，且在第一推进杆组与第二推进杆组之间设有连接支架；安装在机构槽内的调速电机，调速电机通过齿轮传动机构驱动第一推进杆组及第二推进杆组；其中，第二推进杆组的靠近测量槽的一端用于连接井下工具，调速电机通过齿轮传动机构能够同时驱动第一推进杆组和第二推进杆组，并在连接支架的作用下使井下工具在测量槽内旋转前进，并能够单独驱动第二推进杆组，使井下工具在测量槽内直线前进。

Description

用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂

技术领域

本实用新型属于钻完井工程技术领域，具体涉及一种用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂。

背景技术

在大位移水平井钻井、完井作业过程中，管柱与井壁之间的摩擦阻力是影响钻具能否形成足够钻压，套管能否顺利下入的重要因素。因此，需要于施工之前使用数值模型预测整个管柱下入过程中的摩擦阻力和大钩载荷。

在预测过程中，摩阻系数是重要参数，直接关系到计算结果的准确性。通常情况下，摩阻系数取经验值，或者根据邻井实测大钩载荷曲线代入模型反演。然而，依据经验值往往误差较大，难以反映当前井位的实际工况，而反演结果则取决于模型合理性，且经常因缺乏邻井相关资料而无法获得。

现有技术中存在涉及测试表面摩阻系数的测试装置，其主要通过测试头向样件施加正压力，并测试驱动样件旋转的扭矩，以此计算出摩阻系数。然而现有的表面摩阻系数测试装置大多都是针对材料本身的测试，严格意义上应称为“摩擦系数”，主要由管柱材料性质和岩石性质决定。

而在实际施工过程中，管柱下入摩擦阻力包含诸多复杂因素，主要包括：因实钻井眼不规则而存在扩径、缩径和井壁键槽。因井眼不清洁而形成砂桥和岩屑床，导致管柱上的接箍和扶正器等外径较大的部位通过困难，从而产生“附加阻力”。管柱不同部位使用的材料不同，如管外封隔器的橡胶桶和金属外套等，导致摩擦系数复杂多变。钻井液及其形成的泥饼通常具备润滑性能，可在一定程度上减少管柱下入摩擦阻力。此外，如果使用了滚轮扶正器，也可减少管柱下入摩擦阻力。因此，在实际施工中，需要使用“摩阻系数”来综合表征上述复杂摩擦特性，通常情况下，摩阻系数大于摩擦系数。然而，针对摩阻系数进行测试，现有的测量装置无法满足测试要求，无法模拟并反映井下复杂工况。

因此，亟需一种能够充分模拟水平裸眼井筒中的复杂工况，并能够通过测试手段获得下入管柱与裸眼井壁之间摩阻系数的合理值的水平井管柱下入摩阻系数自动测量臂。

实用新型内容

针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂，该测量臂能够为待测试的井下工具提供旋转前进和直线两种运动模式，以分别模拟作业管柱旋转入井和滑动入井的过程，并能够控制待测试的井下工具的运动速率，自动测量并采集测试样件所受的摩擦阻力数据，从而能够分析获得于水平井管柱下入摩阻系数，非常有利于保证摩擦阻力测量结果的准确性。

为此，根据本实用新型提供了一种用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂，包括：机构槽，所述机构槽与测量系统的测量槽连接；设置在所述机构槽内的第一推进杆组；设置在所述机构槽内的第二推进杆组，其与所述第一推进杆组平行，且在所述第一推进杆组与所述第二推进杆组之间设有连接支架；安装在所述机构槽内的调速电机，所述调速电机通过齿轮传动机构驱动所述第一推进杆组及所述第二推进杆组；其中，所述第二推进杆组的靠近测量槽的一端用于连接井下工具，所述调速电机通过所述齿轮传动机构能够同时驱动所述第一推进杆组和所述第二推进杆组，并在所述连接支架的作用下使所述井下工具在测量槽内旋转前进，并能够单独驱动所述第二推进杆组，使所述井下工具在测量槽内直线前进。

在一个实施例中，所述第一推进杆组包括螺旋推进轴和套装在所述螺旋推进轴上的螺旋推进套，所述螺旋推进轴的第一端设有外螺纹，所述螺旋推进套的内壁设有内螺纹，使得所述螺旋推进轴与所述螺旋推进套螺旋配合而形成螺旋丝杠副。

在一个实施例中，所述螺旋推进轴的第二端设有第一滑动轴，所述螺旋推进轴的第二端穿过所述机构槽的侧壁，并通过所述第一滑动轴与所述机构槽的侧壁形成滑动配合，且所述螺旋推进套穿过所述测量槽的侧壁并与之形成滑动密封配合。

在一个实施例中，所述第一推进杆组还包括行程开关，所述行程开关包括固定套设在所述螺旋推进套第一端的开关动块、固定在所述机构槽的侧壁上的根部开关定块，以及固定在所述测量槽的侧壁上的趾部开关定块，所述行程开关与所述调速电机信号连接。

在一个实施例中，在所述螺旋推进套的第一端设有压力传感器，所述压力传感器与所述连接支架固定连接，所述压力传感器能够采集所述井下工具在运动过程中的压力信号。

在一个实施例中，所述第二推进杆组包括旋进花键轴和套装在所述旋进花键轴上的旋进花键套，所述旋进花键轴的第一端设有外花键，所述旋进花键套的内壁设有内花键，使得所述旋进花键轴与所述旋进花键套配合形成花键传动副。

在一个实施例中，所述旋进花键轴的第二端设有第二滑动轴，所述旋进花键轴的第二端穿过所述机构槽的侧壁，并通过所述第二滑动轴与所述机构槽的侧壁形成滑动配合，且所述旋进花键套穿过所述测量槽的侧壁并与之形成滑动密封配合。

在一个实施例中，在所述旋进花键轴的第一端设有花键套顶轴，所述连接支架与所述花键套顶轴转动连接。

在一个实施例中，所述第二推进杆组还包括万向节，所述万向节的一端与所述花键套顶轴固定连接，另一端用于连接井下工具。

在一个实施例中，所述齿轮传动机构包括：固定连接在所述调速电机的输出端的第一传动齿轮；固定连接在所述螺旋推进轴的第二端的第二传动齿轮；以及过渡齿轮，其用于连接在所述旋进花键轴的第二端，所述过渡齿轮与所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮啮合；其中，所述过渡齿轮构造成能够与所述旋进花键轴形成固定连接或转动连接。

在一个实施例中，所述过渡齿轮设有中心轴孔，所述过渡齿轮通过所述中心轴孔套在所述第二滑动轴上，从而与所述旋进花键轴形成转动连接。

在一个实施例中，所述齿轮传动机构还包括可拆卸的过渡齿轮锁块，所述过渡齿轮锁块设有矩形孔和叉轴，所述过渡齿轮设有定位孔，且所述旋进花键轴的第二端设有平缺轴，所述叉轴能够对应插入所述定位孔，并使所述矩形孔与所述平缺轴适配，从而通过所述过渡齿轮锁块使所述过渡齿轮与所述旋进花键轴形成固定连接。

在一个实施例中，在所述机构槽的侧壁外侧设有用于保护所述齿轮传动机构的齿轮罩。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂能够将目前现场使用的各种标准工具作为全尺寸测试样件，进行摩阻系数的地面测试试验。该测量臂能够为测试样件提供旋转前进和直线两种运动模式，以分别模拟作业管柱旋转入井和滑动入井的过程，并且能够改变测试样件的运动速率，以研究水平裸眼井筒复杂工况条件下作业管柱入井速率对摩阻系数的影响。测量装置的长度尺寸有限，能够使测试样件往复运动，从而能够连续获得多组摩擦阻力测量数据，进而通过数据平均处理的方式获得更加合理的摩阻系数，测量结果更可靠。利用传感器组件自动测量并采集测试样件所受的摩擦阻力数据，极大地方便了后续数据分析。此外，利用一个万向节连接自动测量臂总成和测试样件，使得测试样件的重量全部着落于模拟井壁上，有效保证摩擦阻力测量结果的准确性。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

图1显示了根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂的结构。

图2显示了机构槽的结构。

图3显示了测量槽的结构。

图4显示了图1所示测量臂中的螺旋推进轴的结构。

图5显示了图1所示测量臂中的螺旋推进套的结构。

图6显示了开关动块的结构。

图7显示了传感器接头的结构。

图8显示了连接支架的结构。

图9a显示了图1所示测量臂中的旋进花键轴的结构。

图9b显示了图9a所示旋进花键轴的外花键的截面形状。

图10a显示了图1所示测量臂中的旋进花键套的结构。

图10b显示了图10a所示旋进花键套的内花键的截面形状。

图11显示了图1所示测量臂中的花键套顶轴的结构。

图12显示了图1所示测量臂中的万向节的结构。

图13显示了图1所示测量臂中的第一传动齿轮(第二传动齿轮)的结构。

图14显示了图1所示测量臂中的过渡齿轮的结构。

图15显示了图1所示测量臂中的过渡齿轮锁块的结构。

图16显示了齿轮罩的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本实用新型进行介绍。

在本申请中，需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂100的结构。如图1所示，测量臂100包括机构槽1、设置在机构槽1内的第一推进杆组200、设置在机构槽1内的第二推进杆组300，以及安装在机构槽1内的调速电机20。第二推进杆组300处于第一推进杆组200之下，且第二推进杆组300与第一推进杆组200平行分布。在第一推进杆组200与第二推进杆组300之间设有连接支架7。调速电机20通过齿轮传动机构400驱动第一推进杆组200及第二推进杆组300，以分别为第一推进杆组200及第二推进杆组300提供动力。

在使用根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂100时，可以将施工作业现场使用的各种标准井下工具作为全尺寸测试样件，进行摩阻系数的地面测试试验。机构槽1与测量系统的测量槽2连接。这里的测量槽2，例如可以参见本申请人同日提交的代理机构卷号为LHA2140206T，发明名称为“用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量槽”，该申请通过引用结合于本文中。

如图1所示，第二推进杆组300的靠近测量槽2的一端用于连接井下工具24(试验工具样件)，调速电机20通过齿轮传动机构400能够同时驱动第一推进杆组200和第二推进杆组300运动，并在连接支架7的作用下使井下工具24在测量槽2内做旋转和直线前进同步运动。调速电机20通过齿轮传动机构400还能够单独驱动第二推进杆组300，使井下工具24在测量槽2内仅做直线前进运动。

如图2所示，机构槽1构造为开口槽结构，机构槽1设有第一安装孔组107，通过安装孔组107与测量槽2上的第二安装孔组206(见图3)相对应，并利用螺栓紧固组合成一个工作槽。

在机构槽1的侧壁(图2中的左侧壁)上从上到下依次间隔开设有第一滑动轴孔102、第二滑动轴孔103，以及电机轴孔104。优选地，第一滑动轴孔102、第二滑动轴孔130，以及电机轴孔104在同一垂线上。第一滑动轴孔102、第二滑动轴孔130，以及电机轴孔104的作用将在下文介绍。

如图3所示，测量槽2为一槽体结构，槽中有一带矩形孔的隔板202将其分割为过渡仓208和地层井筒仓209两部分，左侧板201加工有滑动螺母轴孔203和内花键轴孔204，以及用于安装调速电机20的电机安装孔组207。测量槽2左侧板201上的滑动螺母轴孔203、内花键轴孔204分别与机构槽1上的第一滑动轴孔102、第二滑动轴孔130相对应。第一推进杆组200的两端分别与第一滑动轴孔102和滑动螺母轴孔203配合安装。第二推进杆组300的两端分别与第二滑动轴孔130和内花键轴孔204配合安装。

根据本实用新型，第一推进杆组200包括螺旋推进轴3和套装在螺旋推进轴3上的螺旋推进套4。如图4和图5所示，在螺旋推进轴3的第一端(图4中的右端)设有一段外螺纹301，同时螺旋推进套4的内壁设有沿轴向延伸的内螺纹401。由此，螺旋推进轴3与螺旋推进套4通过外螺纹301与内螺纹401螺旋配合，从而形成螺旋丝杠副。调速电机20能够驱动螺旋推进轴3转动，并在螺旋丝杠副的作用下，使螺旋推进套4沿第一推进杆组200的轴向运动。

如图4所示，螺旋推进轴3的第二端设有第一滑动轴304，螺旋推进轴3的第二端穿过机构槽1的侧壁，并通过第一滑动轴304与机构槽1的侧壁上的第一滑动轴孔102形成滑动配合。同时，螺旋推进套4穿过测量槽2的侧壁，并与测量槽2的侧壁上的滑动螺母轴孔203形成滑动密封配合。在一个实施例中，测量槽2的滑动螺母轴孔203内设有胶圈双槽，在胶圈双槽内装入密封胶圈21，螺旋推进套4穿过滑动螺母轴孔203，且外壁面与密封胶圈21之间形成转动密封。

根据本实用新型，如图1所示，第一推进杆组200还包括行程开关，行程开关与调速电机20信号连接，用于控制螺旋推进套4的运动行程。行程开关包括固定套设在螺旋推进套4的第一端的开关动块11、固定在机构槽1的侧壁上的根部开关定块12，以及固定在测量槽2的侧壁上的趾部开关定块13。如图6所示，开关动块11构造成包括套环1102和设置在套环外壁面上的触碰块1101。开关动块11通过套环1102固定套装在螺旋推进套4上。

如图2所示，在机构槽1的侧壁上设有第一行程开关定位槽105，第一行程开关定位槽105设置在第一滑动轴孔102的正上方。如图3所示，在测量槽2的左侧板201上设有第二行程开关定位槽205，第二行程开关定位槽205设置在滑动螺母轴孔203的正上方，且与第一行程开关定位槽105正向相对应。根部开关定块12和趾部开关定块13分别固定安装在第一行程开关定位槽105和第二行程开关定位槽205内。

由此，开关动块11处于根部开关定块12和趾部开关定块13之间，且开关动块11能够随螺旋推进套4往复运动，从而能够根部开关定块12和趾部开关定块13接触。当开关动块11随螺旋推进套4的运动达到趾部行程开关13时，调速电机20断电停机，表示待测的井下工具24已达测量槽2的槽体极限位置，试验中断。反之亦然。

根据本实用新型，在螺旋推进套4的第一端端部固定连接有压力传感器6，压力传感器6与连接支架7固定连接，压力传感器6能够采集井下工具24在运动过程中的压力信号。

如图5所示，螺旋推进套4的第一端(图5中的右端)加工有内螺纹扣402，且螺旋推进套4的第一端的两侧加工有平缺403。压力传感器6通过传感器接头5固定安装在螺旋推进套4的第一端。

如图7所示，传感器接头5的两端各加工有外螺纹扣501、502，传感器接头5的圆台处两侧加工成平缺面503。如图8所示，连接支架7构造为一带支架的槽仓结构，从而形成为传感器支架。连接支架7的底部加工有一轴孔702，上部加工有底部为弧面的开口槽703，在开口槽703端部加工有通孔701。轴孔702的作用将在下文说明。

传感器接头5的外螺纹扣501与螺旋推进套4端部的内螺纹扣402适配而形成固定连接。传感器接头5的外螺纹扣502与压力传感器6的一端螺纹紧固。传感器支架的开口槽703套在压力传感器6和螺旋推进套4的平缺403上，通孔701与压力传感器6另一端螺纹对应，并用支架螺钉8紧固。由此，将压力传感器6固定于螺旋推进套4的端部，并与连接支架7形成连接。

根据本实用新型，第二推进杆组300包括旋进花键轴14和套装在旋进花键轴14上的旋进花键套15。如图9a所示，旋进花键轴14的第一端设有外花键1401，外花键1401沿旋进花键轴14的一端端部轴向向内延伸一部分。如图9b所示，在一个实施例中，外花键1401构造成矩形外花键。

如图10a所示，旋进花键套15的内壁设有内花键1501，内花键1501沿轴向延伸。如图10b所示，在一个实施例中，内花键1501构造成矩形内花键。旋进花键轴14与旋进花键套15通过外花键1401与内花键1501配合，从而形成花键传动副。在旋进花键套15的第一端(图10a中的右端)加工有内螺纹扣1502。

如图9a所示，旋进花键轴14的第二端(图9a中的左端)设有第二滑动轴1404，旋进花键轴14的第二端穿过机构槽1的侧壁，并通过第二滑动轴1404与机构槽1的侧壁的第二滑动轴孔103形成滑动配合，且旋进花键套15穿过测量槽2的侧壁，并与测量槽2的侧壁上的内花键轴孔204形成滑动密封配合。在一个实施例中，在测量槽2的内花键轴孔204内设有胶圈双槽，在胶圈双槽内装入密封胶圈，旋进花键套15穿过内花键轴孔204，且外壁面与密封胶圈之间形成转动密封。

根据本实用新型，在旋进花键轴14的第一端的轴向端部固定连接有花键套顶轴16。如图11所示，花键套顶轴16为回转体，其一端加工有滑动轴1603，滑动轴1603的顶端部分加工有外螺纹1601，另一端加工有内螺纹1602。花键套顶轴16通过外螺纹1601与旋进花键套15端部的内螺纹扣1502适配并形成固定连接。花键套顶轴16的滑动轴1603穿过连接支架7的轴孔702，并与轴孔702形成转动连接。

根据本实用新型，第二推进杆组300还包括万向节19。如图12所示，万向节19构造成包括两节万向节结构，且万向节19的两端各加工有外螺纹扣1901、1902。万向节9的一端通过外螺纹扣1901与花键套顶轴16的内螺纹1602适配并形成固定连接，另一端用于连接井下工具24。通过使用一个万向节连接自动测量臂总成和测试样件，使得测试样件的重量全部着落于模拟井壁上，非常有利于保证摩擦阻力测量结果的准确性。

根据本实用新型，如图1所示，齿轮传动机构400包括第一传动齿轮91、第二传动齿轮92、过渡齿轮17，以及可拆卸的过渡齿轮锁块18。第一传动齿轮91固定连接在调速电机20的输出端。第二传动齿轮92固定连接在螺旋推进轴3的第二端。过渡齿轮17用于连接在旋进花键轴14的第二端，过渡齿轮17与第一传动齿轮91、第二传动齿轮92啮合。过渡齿轮17构造成能够与旋进花键轴14形成转动连接，并且，过渡齿轮7能够通过过渡齿轮锁块18与旋进花键轴14形成固定连接。

如图13所示，第一传动齿轮91的轴心处加工有轴孔902，在轴孔902圆周面加工有平键槽901。第一传动齿轮91的轴孔902套在调速电机20的输出轴上，嵌入平键23后用螺母10紧固。

根据本实用新型，第二传动齿轮92与第一传动齿轮91结构相同。第二滑动轴304上加工有平键槽303和外螺纹扣302。第二传动齿轮92对应的轴孔套在第二滑动轴304上，嵌入平键23后用螺母10紧固。

如图14所示，过渡齿轮17设有中心轴孔1702，过渡齿轮17通过中心轴孔1702套在旋进花键轴14第二端的第二滑动轴1404上呈滑动配合，从而与旋进花键轴14形成转动连接。

如图15所示，过渡齿轮锁块18构造为一双叉结构，在过渡齿轮锁块18的中部加工有矩形孔1802，且设有对称分布于矩形孔1802两侧的叉轴1801。设有矩形孔1802和叉轴1801。同时，过渡齿轮17设有多个围绕中心轴孔1702且周向均布的定位孔1701(见图14)。在旋进花键轴14的第二端端部设有平缺轴1403，平缺轴1403处于第二滑动轴1404的轴向外侧，平缺轴1403设有外螺纹扣1402。叉轴1801能够对应插入定位孔1701，并使矩形孔1802套在平缺轴1403上而与平缺轴1403适配，从而通过过渡齿轮锁块18使过渡齿轮7与旋进花键轴14形成固定连接。并通过螺母10与旋进花键轴14的第二端端部的外螺纹扣1402螺纹紧固。由此，过渡齿轮17在过渡齿轮锁块18的作用下与旋进花键轴14形成固定连接。

在实际使用中，当安装过渡齿轮锁块18时，第一传动齿轮91、第二传动齿轮92和过渡齿轮17形成齿轮传动结构。过渡齿轮17与旋进花键轴14通过过渡齿轮锁块18形成固定连接。此时，在螺旋丝杠副和花键传动副的双重作用下，测量臂100能够驱动井下工具24在测量槽2内做旋转和前进同步运动，以模拟作业管柱旋转入井的过程。

当拆下过渡齿轮锁块18时，过渡齿轮17与花键传动轴14脱离约束呈自由状态，不能带动花键传动副旋转。此时，旋进花键套15在螺旋丝杠副推拉作用下只作直线滑动运动，从而能够模拟作业管柱滑动入井的过程。

根据本实用新型，如图1所示，在机构槽1的侧壁外侧设有用于保护齿轮传动机构400的齿轮罩22。在机构槽1的左侧板101上加工有齿轮罩安装孔组106(见图2)。如图16所示，齿轮罩22为一槽体结构，折边裙处加工有环形安装孔阵列2201。齿轮罩22的环形安装孔阵列2201与机构槽1的齿轮罩安装孔组106一一对应，并通过螺栓紧固。

根据本实用新型，测量槽2设有电机安装孔207(见图3)。调速电机20通过电机安装孔207固定在相关位置，调速电机20的输出轴插入机构槽1的电机轴孔104内并呈滑动配合，第一传动齿轮91的轴孔902套在调速电机20的输出轴上，嵌入平键23后用螺母10紧固。

下面简述根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂100的工作过程。首先，在测量槽2的地层井筒仓209内布置标准人造岩心组25，作为试验样件的井下工具24通过端部内螺纹扣与万向节19的一端的外螺纹扣1902紧固。调整螺旋推进套4使之行程开关的开关动块11位于跟部开关定块12处。并将井下工具24置于标准人造岩心组25之上。

当模拟作业管柱旋转入井的过程时，安装过渡齿轮锁块18。之后，启动调速电机20产生转矩，第一传动齿轮91、第二传动齿轮92和过渡齿轮17形成的齿轮传动机构400开始运转。在齿轮传动作用下，花键传动副旋转，并通过花键套顶轴16、万向节19带动井下工具24旋转。螺旋推进套4在受螺旋推进轴3的旋转作用和连接支架7的约束下作轴向直线移动，同时推动压力传感器6、连接支架7作相应运动。连接支架7通过轴孔702推动花键套顶轴16并拉动旋进花键套15前推运动。由此，在螺旋丝杠副和花键传动副的双重作用下，井下工具24在标准人造岩心组25表面作旋进运动。当行程开关的开关动块11随螺旋推进套4的运动达到趾部开关定块13时，调速电机20断电停机，此时，井下工具24达到槽体极限位置，试验中断。反之亦然。

当模拟作业管柱滑动入井的过程时，拆下过渡齿轮锁块18。然后在启动调速电机20产生转矩，由于过渡齿轮17与花键传动轴14脱离约束呈自由状态，不能带动花键传动副旋转。此时，旋进花键套15在螺旋丝杠副推拉作用下只作直线滑动运动。

井下工具24在标准人造岩心组25的表面作运动时会受到摩擦阻力，压力传感器6在试验中采集压力信号，通过对该信号的采集和后期处理，即可获得摩阻系数等重要参数。

根据本实用新型，井下工具24的运动速率和运动方向可通过调节调速电机20的转速和改变转向来解决，用以在试验中获取各种工况下的摩阻系数。

根据本实用新型的用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂100能够将目前现场使用的各种标准工具作为全尺寸测试样件，进行摩阻系数的地面测试试验。该测量臂100能够为测试样件提供旋转前进和直线两种运动模式，以分别模拟作业管柱旋转入井和滑动入井的过程，并且能够改变测试样件的运动速率，以研究水平裸眼井筒复杂工况条件下作业管柱入井速率对摩阻系数的影响。测量装置的长度尺寸有限，能够使测试样件往复运动，从而能够连续获得多组摩擦阻力测量数据，进而通过数据平均处理的方式获得更加合理的摩阻系数，测量结果更可靠。利用传感器组件自动测量并采集测试样件所受的摩擦阻力数据，极大地方便了后续数据分析。此外，利用一个万向节19连接自动测量臂总成和测试样件，使得测试样件的重量全部着落于模拟井壁上，有效保证摩擦阻力测量结果的准确性。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.用于水平井管柱下入摩阻系数测量系统的测量臂，其特征在于，包括：

机构槽(1)，所述机构槽与测量系统的测量槽连接；

设置在所述机构槽内的第一推进杆组(200)；

设置在所述机构槽内的第二推进杆组(300)，其与所述第一推进杆组平行，且在所述第一推进杆组与所述第二推进杆组之间设有连接支架(7)；

安装在所述机构槽内的调速电机(20)，所述调速电机通过齿轮传动机构(400)驱动所述第一推进杆组及所述第二推进杆组；

其中，所述第二推进杆组的靠近测量槽的一端用于连接井下工具(24)，所述调速电机通过所述齿轮传动机构能够同时驱动所述第一推进杆组和所述第二推进杆组，并在所述连接支架的作用下使所述井下工具在测量槽旋转前进，并能够单独驱动所述第二推进杆组，使所述井下工具在测量槽内直线前进。

2.根据权利要求1所述的测量臂，其特征在于，所述第一推进杆组包括螺旋推进轴(3)和套装在所述螺旋推进轴上的螺旋推进套(4)，

所述螺旋推进轴的第一端设有外螺纹(301)，所述螺旋推进套的内壁设有内螺纹(401)，使得所述螺旋推进轴与所述螺旋推进套螺旋配合而形成螺旋丝杠副。

3.根据权利要求2所述的测量臂，其特征在于，所述螺旋推进轴的第二端设有第一滑动轴(304)，所述螺旋推进轴的第二端穿过所述机构槽的侧壁，并通过所述第一滑动轴与所述机构槽的侧壁形成滑动配合，且所述螺旋推进套穿过所述测量槽的侧壁并与之形成滑动密封配合。

4.根据权利要求2或3所述的测量臂，其特征在于，所述第一推进杆组还包括行程开关，所述行程开关包括固定套设在所述螺旋推进套第一端的开关动块(11)、固定在所述机构槽的侧壁上的根部开关定块(12)，以及固定在所述测量槽的侧壁上的趾部开关定块(13)，所述行程开关与所述调速电机信号连接。

5.根据权利要求2或3所述的测量臂，其特征在于，在所述螺旋推进套的第一端设有压力传感器(6)，所述压力传感器与所述连接支架固定连接，所述压力传感器能够采集所述井下工具在运动过程中的压力信号。

6.根据权利要求5所述的测量臂，其特征在于，所述第二推进杆组包括旋进花键轴(14)和套装在所述旋进花键轴上的旋进花键套(15)，

所述旋进花键轴的第一端设有外花键(1401)，所述旋进花键套的内壁设有内花键(1501)，使得所述旋进花键轴与所述旋进花键套配合形成花键传动副。

7.根据权利要求6所述的测量臂，其特征在于，所述旋进花键轴的第二端设有第二滑动轴(1404)，所述旋进花键轴的第二端穿过所述机构槽的侧壁，并通过所述第二滑动轴与所述机构槽的侧壁形成滑动配合，且所述旋进花键套穿过所述测量槽的侧壁并与之形成滑动密封配合。

8.根据权利要求6所述的测量臂，其特征在于，在所述旋进花键轴的第一端设有花键套顶轴(16)，所述连接支架与所述花键套顶轴转动连接。

9.根据权利要求8所述的测量臂，其特征在于，所述第二推进杆组还包括万向节(19)，所述万向节的一端与所述花键套顶轴固定连接，另一端用于连接井下工具。

10.根据权利要求7所述的测量臂，其特征在于，所述齿轮传动机构包括：

固定连接在所述调速电机的输出端的第一传动齿轮(91)；

固定连接在所述螺旋推进轴的第二端的第二传动齿轮(92)；以及

过渡齿轮(17)，其用于连接在所述旋进花键轴的第二端，所述过渡齿轮与所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮啮合；

其中，所述过渡齿轮构造成能够与所述旋进花键轴形成固定连接或转动连接。

11.根据权利要求10所述的测量臂，其特征在于，所述过渡齿轮设有中心轴孔(1702)，所述过渡齿轮通过所述中心轴孔套在所述第二滑动轴上，从而与所述旋进花键轴形成转动连接。

12.根据权利要求11所述的测量臂，其特征在于，所述齿轮传动机构还包括可拆卸的过渡齿轮锁块(18)，所述过渡齿轮锁块设有矩形孔(1802)和叉轴(1801)，

所述过渡齿轮设有定位孔(1701)，且所述旋进花键轴的第二端设有平缺轴(1403)，所述叉轴能够对应插入所述定位孔，并使所述矩形孔与所述平缺轴适配，从而通过所述过渡齿轮锁块使所述过渡齿轮与所述旋进花键轴形成固定连接。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的测量臂，其特征在于，在所述机构槽的侧壁外侧设有用于保护所述齿轮传动机构的齿轮罩(22)。

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