CN219265643U - 一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置，包括：驱动装置、钻柱和磁粉制动器；钻柱的两端分别与驱动装置和磁粉制动器连接，以使驱动装置能够驱动钻柱克服磁粉制动器对钻柱形成的阻力转动；钻柱包括至少两个杆段，至少两个杆段的轴线重合，并沿水平方向依次可拆卸连接。其能够对钻柱的长度进行调节，提高了工作的适应性。

Description

一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井技术领域，特别涉及一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置。

背景技术

在深层钻井过程中，钻井过程中井下钻头会出现一种类似“转动—停止—转动”的特殊周期性转动。这是因为油气勘探开发逐步向深层发展，深部地层的可钻性变差，井身结构逐渐趋向复杂，与此同时钻柱长度的增加会导致钻柱的等效刚度也随之降低，上部电机传递的扭矩不足以克服钻头和岩层之间产生的摩擦扭矩，钻头停止转动，钻杆积蓄扭矩发生扭转形变，直到累积扭矩大于底部摩擦扭矩时会突然产生高速转动，导致钻具剧烈震动，称为粘滑振动。粘滑振动会极大地降低钻头以及钻杆的使用寿命，增加了钻井事故发生的概率，严重时甚至会影响到井上设备，影响钻井安全性和钻井效率。

目前国内对于粘滑振动及其控制手段的研究主要集中在理论分析以及相关计算机模型的建立和仿真上，试验研究主要集中在粘滑振动模拟、力学特性研究及参数测试等方面，现有的试验装置均采用立式结构，高度调整不便，钻柱长度难以调节，无法适应对不同长度钻柱的测试要求

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置，能够对钻柱的长度进行调节，提高了工作的适应性。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置，包括：驱动装置、钻柱和磁粉制动器；

所述钻柱的两端分别与所述驱动装置和所述磁粉制动器连接，以使所述驱动装置能够驱动所述钻柱克服所述磁粉制动器对所述钻柱形成的阻力转动；

所述钻柱包括至少两个杆段，至少两个所述杆段的轴线重合，并沿水平方向依次可拆卸连接。

较优地，还包括第一连接轴、第二连接轴、控制终端、第一信息采集装置和第二信息采集装置；

所述驱动装置通过所述第一连接轴与所述钻柱连接，所述钻柱通过所述第二连接轴与所述磁粉制动器连接，所述第一信息采集装置设置在所述第一连接轴上，所述第二信息采集装置设置在第二连接轴上，所述第一信息采集装置和所述第二信息采集装置均与所述控制终端电连接；

所述控制终端包括显示器，设所述第一连接轴的运动参数信息为第一参数信息、所述第二连接轴的运动参数信息为第二参数信息，所述第一信息采集装置实时采集所述第一参数信息，并将采集到的所述第一参数信息发送到所述控制终端上通过所述显示器显示出来，所述第二信息采集装置实时采集所述第二参数信息，并将采集到所述第二参数信息发送到所述控制终端上通过所述显示器显示出来。

较优地，所述控制终端与所述驱动装置电连接，用以根据接收到的所述第一参数信息和/或第二参数信息控制所述驱动装置工作。

较优地，所述控制终端与所述磁粉制动器电连接，用以根据接收到的所述第一参数信息和/或第二参数信息控制所述磁粉制动器工作。

较优地，所述第一参数信息包括所述第一连接轴的转速信息和/或扭矩信息，所述第二参数信息包括所述第二连接轴的转速信息和/或扭矩信息。

较优地，还包括配重块和固定螺母；

所述第二连接轴包括轴线重合的第一轴段和第二轴段，所述第一轴段的直径大于所述第二轴段的直径，以使二者之间形成圆环形的定位面，在所述第二轴段上设置有与所述固定螺母相匹配的外螺纹；

所述配重块上具有通孔，所述配重块通过所述通孔套设在所述第二轴段上，所述固定螺母螺纹连接在所述第二轴段上，并通过在所述第二轴段上的旋进作用将所述配重块压贴在所述定位面上。

较优地，所述配重块的数量为至少两个。

较优地，还包括第一连接套；

所述第一连接套的内壁上设置有螺纹，设在所述钻柱中相邻的两个所述杆段分别为第一杆段和第二杆段，所述第一杆段靠近所述第二杆段的一端设置有与所述第一连接套相匹配的外螺纹，所述第二杆段靠近所述第一杆段的一端设置有与所述第一连接套相匹配的外螺纹，所述第一杆段和所述第二杆段均螺纹连接在所述第一连接套内。

较优地，还包括套筒和支撑架；

所述套筒固定在所述支撑架上，所述钻柱穿设在所述套筒中。

较优地，所述套筒包括至少两个筒段，至少两个所述筒段的轴线重合，并沿水平方向依次连接。

较优地，还包括第二连接套；

所述第二连接套的内壁上设置有螺纹，设在所述套筒中相邻的两个所述筒段分别为第一筒段和第二筒段，所述第一筒段靠近所述第二筒段的一端设置有与所述第二连接套相匹配的外螺纹，所述第二筒段靠近所述第一筒段的一端设置有与所述第二连接套相匹配的外螺纹，所述第一筒段和所述第二筒段均螺纹连接在所述第二连接套内。

较优地，所述支撑架包括架体，在所述架体上设置有固定部件，所述套筒通过所述固定部件固定在所述架体上；

所述架体的数量为至少两个，至少两个所述架体沿所述套筒的轴线方向依次排列。

本实用新型的钻柱粘滑振动的模拟试验装置通过采用所述钻柱包括至少两个杆段，至少两个所述杆段的轴线重合，并沿水平方向依次可拆卸连接的技术方案，能够对钻柱的长度进行调节，提高了工作的适应性。

附图说明

图1为本实用新型的钻柱粘滑振动的模拟试验装置一实施例结构示意图；

图2为图1的电路示意图；

图3为图1中的A部放大示意图；

图4为图1中的钻杆的局部结构示意图；

图5为图1中的套筒的局部结构示意图；

图6为图1中的支撑架局部结构示意图。

图中：1-驱动装置；2-钻柱；3-磁粉制动器；4-第一连接轴；5-第二连接轴；6-控制终端；7-第一信息采集装置；8-第二信息采集装置；9-显示器；10-配重块；11-固定螺母；12-第一轴段；13-第二轴段；14-定位面；15-通孔；16-第一连接套；17-第一杆段；18-第二杆段；19-套筒；20-支撑架；21-第二连接套；22-第一筒段；23-第二筒段；24-架体；25-固定部件。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的钻柱粘滑振动的模拟试验装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1所示，一种钻柱2粘滑振动的模拟试验装置，包括：驱动装置1、钻柱2和磁粉制动器3。钻柱2的两端分别与驱动装置1和磁粉制动器3连接，以使驱动装置1能够驱动钻柱2克服磁粉制动器3对钻柱2形成的阻力转动。采用这样的方式在驱动装置1驱动钻柱2旋转时，可以通过磁粉制动器3产生钻柱2周向的扭矩负载，即对钻柱2的旋转形成阻力，以模拟现场定向井、水平井钻柱与井壁之间的摩擦。其中钻柱2包括至少两个杆段，至少两个杆段的轴线重合，并沿水平方向依次可拆卸连接，这样可以通过不同数量杆段的组合实现钻柱2总体长度的调节，进而实现对不同长度钻柱2进行模拟试验，相对于现有技术，其工作适应性大大提高。

进一步地，如图1、2所示，还包括第一连接轴4、第二连接轴5、控制终端6、第一信息采集装置7和第二信息采集装置8。驱动装置1通过第一连接轴4与钻柱2连接，钻柱2通过第二连接轴5与磁粉制动器3连接，第一信息采集装置7设置在第一连接轴4上，第二信息采集装置8设置在第二连接轴5上，第一信息采集装置7和第二信息采集装置8均与控制终端6电连接。控制终端6包括显示器9，设第一连接轴4的运动参数信息为第一参数信息、第二连接轴5的运动参数信息为第二参数信息，第一信息采集装置7实时采集第一参数信息，并将采集到的第一参数信息发送到控制终端6上通过显示器9显示出来，第二信息采集装置8实时采集第二参数信息，并将采集到第二参数信息发送到控制终端6上通过显示器9显示出来。需要说明的是，第一参数信息包括第一连接轴4的转速信息和/或扭矩信息，第二参数信息包括第二连接轴5的转速信息和/或扭矩信息。在实际工作中，当显示器9上显示的第一连接轴4的扭矩信息出现波动(例如增大-减小-增大)时，可以判定钻柱2产生了粘滑振动，当显示器9上显示的第二连接轴5的转速信息出现波动(例如增大-减小-增大)时，也可以判定钻柱2产生了粘滑振动。

进一步地，控制终端6与驱动装置1电连接，用以根据接收到的第一参数信息和/或第二参数信息控制驱动装置1工作。这里所说的控制终端6控制驱动装置1工作是指控制终端6通过驱动装置1调整钻杆2的转速。同时控制终端6与磁粉制动器3电连接，用以根据接收到的第一参数信息和/或第二参数信息控制磁粉制动器3工作。这里所说的控制终端6控制磁粉制动器3工作是指控制终端6对磁粉制动器3对钻杆2形成阻力值的调整。

作为一种可实施方式，如图1、3所示，还包括配重块10和固定螺母11。第二连接轴5包括轴线重合的第一轴段12和第二轴段13，第一轴段12的直径大于第二轴段13的直径，以使二者之间形成圆环形的定位面14，在第二轴段13上设置有与固定螺母11相匹配的外螺纹。配重块10上具有通孔15，配重块10通过通孔15套设在第二轴段13上，固定螺母11螺纹连接在第二轴段13上，并通过在第二轴段13上的旋进作用将配重块10压贴在定位面14上。其中配重块10的数量为至少两个。采用这样的方式可以调整配重块10的数量对钻柱2添加响应的负载，以更好地模拟现场工况。

实施例二

基于实施例一，钻柱2的结构可以如图4所示，还包括第一连接套16。第一连接套16的内壁上设置有螺纹，设在钻柱2中相邻的两个杆段分别为第一杆段17和第二杆段18，第一杆段17靠近第二杆段18的一端设置有与第一连接套16相匹配的外螺纹，第二杆段18靠近第一杆段17的一端设置有与第一连接套16相匹配的外螺纹，第一杆段17和第二杆段18均螺纹连接在第一连接套16内。采用这样的方式既能够保证钻柱2整体的牢固性，同时还能够便于对相邻杆段进行拆装。

进一步地，如图1所示，还包括套筒19和支撑架20，套筒19固定在支撑架20上，钻柱2穿设在套筒19中。这样可以通过套筒19对钻柱2形成保护，避免其因受外力作用造成断裂，同时还能够防止钻柱2在转动过程中出现断裂飞出，提高了工作的安全性

在实际制作中，套筒19包括至少两个筒段，至少两个筒段的轴线重合，并沿水平方向依次连接。这样可以根据钻杆2的具体长度对套筒19的长度进行调节。具体地，如图5所示，还包括第二连接套21。第二连接套21的内壁上设置有螺纹，设在套筒19中相邻的两个筒段分别为第一筒段22和第二筒段23，第一筒段22靠近第二筒段23的一端设置有与第二连接套21相匹配的外螺纹，第二筒段23靠近第一筒段22的一端设置有与第二连接套21相匹配的外螺纹，第一筒段22和第二筒段23均螺纹连接在第二连接套21内。这样能够便于对相邻筒段之间进行拆装。

同时，如图6所示，支撑架20包括架体24，在架体24上设置有固定部件25，套筒19通过固定部件25固定在架体24上。其中固定部件25可以采用任意可以实现实用新型目的的机构。架体24的数量为至少两个，至少两个架体24沿套筒19的轴线方向依次排列。这样可以根据套筒19的实具体长度来确定架体24的数量，使支撑架20在沿套筒19轴向的长度能够与套筒19的整体长度相适应。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

包括：驱动装置(1)、钻柱(2)和磁粉制动器(3)；

所述钻柱(2)的两端分别与所述驱动装置(1)和所述磁粉制动器(3)连接，以使所述驱动装置(1)能够驱动所述钻柱(2)克服所述磁粉制动器(3)对所述钻柱(2)形成的阻力转动；

所述钻柱(2)包括至少两个杆段，至少两个所述杆段的轴线重合，并沿水平方向依次可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

还包括第一连接轴(4)、第二连接轴(5)、控制终端(6)、第一信息采集装置(7)和第二信息采集装置(8)；

所述驱动装置(1)通过所述第一连接轴(4)与所述钻柱(2)连接，所述钻柱(2)通过所述第二连接轴(5)与所述磁粉制动器(3)连接，所述第一信息采集装置(7)设置在所述第一连接轴(4)上，所述第二信息采集装置(8)设置在第二连接轴(5)上，所述第一信息采集装置(7)和所述第二信息采集装置(8)均与所述控制终端(6)电连接；

所述控制终端(6)包括显示器(9)，设所述第一连接轴(4)的运动参数信息为第一参数信息、所述第二连接轴(5)的运动参数信息为第二参数信息，所述第一信息采集装置(7)实时采集所述第一参数信息，并将采集到的所述第一参数信息发送到所述控制终端(6)上通过所述显示器(9)显示出来，所述第二信息采集装置(8)实时采集所述第二参数信息，并将采集到所述第二参数信息发送到所述控制终端(6)上通过所述显示器(9)显示出来。

3.根据权利要求2所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述控制终端(6)与所述驱动装置(1)电连接，用以根据接收到的所述第一参数信息和/或第二参数信息控制所述驱动装置(1)工作。

4.根据权利要求2所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述控制终端(6)与所述磁粉制动器(3)电连接，用以根据接收到的所述第一参数信息和/或第二参数信息控制所述磁粉制动器(3)工作。

5.根据权利要求4所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述第一参数信息包括所述第一连接轴(4)的转速信息和/或扭矩信息，所述第二参数信息包括所述第二连接轴(5)的转速信息和/或扭矩信息。

6.根据权利要求2所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

还包括配重块(10)和固定螺母(11)；

所述第二连接轴(5)包括轴线重合的第一轴段(12)和第二轴段(13)，所述第一轴段(12)的直径大于所述第二轴段(13)的直径，以使二者之间形成圆环形的定位面(14)，在所述第二轴段(13)上设置有与所述固定螺母(11)相匹配的外螺纹；

所述配重块(10)上具有通孔(15)，所述配重块(10)通过所述通孔(15)套设在所述第二轴段(13)上，所述固定螺母(11)螺纹连接在所述第二轴段(13)上，并通过在所述第二轴段(13)上的旋进作用将所述配重块(10)压贴在所述定位面(14)上。

7.根据权利要求6所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述配重块(10)的数量为至少两个。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

还包括第一连接套(16)；

所述第一连接套(16)的内壁上设置有螺纹，设在所述钻柱(2)中相邻的两个所述杆段分别为第一杆段(17)和第二杆段(18)，所述第一杆段(17)靠近所述第二杆段(18)的一端设置有与所述第一连接套(16)相匹配的外螺纹，所述第二杆段(18)靠近所述第一杆段(17)的一端设置有与所述第一连接套(16)相匹配的外螺纹，所述第一杆段(17)和所述第二杆段(18)均螺纹连接在所述第一连接套(16)内。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

还包括套筒(19)和支撑架(20)；

所述套筒(19)固定在所述支撑架(20)上，所述钻柱(2)穿设在所述套筒(19)中。

10.根据权利要求9所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述套筒(19)包括至少两个筒段，至少两个所述筒段的轴线重合，并沿水平方向依次连接。

11.根据权利要求10所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

还包括第二连接套(21)；

所述第二连接套(21)的内壁上设置有螺纹，设在所述套筒(19)中相邻的两个所述筒段分别为第一筒段(22)和第二筒段(23)，所述第一筒段(22)靠近所述第二筒段(23)的一端设置有与所述第二连接套(21)相匹配的外螺纹，所述第二筒段(23)靠近所述第一筒段(22)的一端设置有与所述第二连接套(21)相匹配的外螺纹，所述第一筒段(22)和所述第二筒段(23)均螺纹连接在所述第二连接套(21)内。

12.根据权利要求9所述的钻柱粘滑振动的模拟试验装置，其特征在于：

所述支撑架(20)包括架体(24)，在所述架体(24)上设置有固定部件(25)，所述套筒(19)通过所述固定部件(25)固定在所述架体(24)上；

所述架体(24)的数量为至少两个，至少两个所述架体(24)沿所述套筒(19)的轴线方向依次排列。

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