專利名稱：回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
在勘探開(kāi)發(fā)地下資源的各種技術(shù)手段中，鉆探是最直接的技術(shù)手段。能否快速高效地實(shí)現(xiàn)鉆探目標(biāo)，除了鉆探工藝及鉆探參數(shù)設(shè)計(jì)以外，如何降低鉆探事故是保證工程順利完成并減少鉆探成本的主要影響因素。在確定的鉆探工藝條件下，對(duì)鉆探工程進(jìn)度及鉆探成本影響最大的是鉆探事故，而最常見(jiàn)的鉆探事故為鉆桿接頭疲勞發(fā)生折斷、裂縫、脫落等。鉆桿的質(zhì)量，尤其是接頭質(zhì)量的好壞直接影響了鉆探工程的進(jìn)度和成本。目前，對(duì)鉆桿接頭的評(píng)價(jià)主要靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)某家生產(chǎn)商產(chǎn)品的熟悉程度，沒(méi)有一個(gè)明確的量化概念。
鉆井過(guò)程中，鉆具除了受到拉力外，還要受到交替變化的彎曲應(yīng)力，由于地層變化、旋轉(zhuǎn)等引起的橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的周期變化的干擾力，以及鉆桿內(nèi)部沖洗液的高壓脈沖等加速了鉆具的疲勞破壞與失效。鉆具失效除了造成鉆具損失外，打撈作業(yè)和停止鉆進(jìn)損失更大，甚至?xí)斐蛇M(jìn)尺報(bào)廢。
鉆桿失效類型主要有過(guò)量變形、裂紋、刺穿或斷裂及表面損傷。然而，鉆桿裂紋、刺穿或疲勞斷裂在鉆桿柱失效事故中所占的比例較大，主要由于應(yīng)力刺穿、疲勞斷裂、疲勞裂紋和腐蝕疲勞等原因造成。因此，在鉆桿工作之前，如果對(duì)鉆桿的抗疲勞性等性能有個(gè)量化評(píng)價(jià)，即在特定的鉆孔及特定的鉆井液壓力條件下，鉆桿能工作多長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)發(fā)生應(yīng)力刺穿、疲勞斷裂、疲勞裂紋和腐蝕疲勞等鉆桿損壞。在鉆桿即將發(fā)生疲勞破壞之前能夠及時(shí)更換鉆桿，可有效的防止由于鉆桿的疲勞而引起不必要的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能模擬鉆桿在鉆孔內(nèi)工作狀況并對(duì)鉆桿的抗疲勞性進(jìn)行檢測(cè)的回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于它括機(jī)座1、數(shù)控電動(dòng)機(jī)2、皮帶3、脈沖液壓泵4、壓力傳感器5、油管6、第一鉆桿接頭固定器7、軸承9、皮帶輪10、第二鉆桿接頭固定器11，機(jī)座1成 型，皮帶輪10上設(shè)有偏心孔，鉆桿8穿過(guò)偏心孔與皮帶輪10固定連接，皮帶輪10由軸承9與機(jī)座1的中間隔板相連接；第二鉆桿接頭固定器11的中部設(shè)有一個(gè)凸出帶螺紋的塞，鉆桿8的左端旋入第二鉆桿接頭固定器11的帶螺紋的塞中，第二鉆桿接頭固定器11與機(jī)座1的左側(cè)板固定連接，第一鉆桿接頭固定器7的中部設(shè)有一個(gè)螺紋小孔，鉆桿8的右端旋入第一鉆桿接頭固定器7的螺紋小孔的左部，第一鉆桿接頭固定器7與機(jī)座1的右側(cè)板固定連接，脈沖液壓泵4的油管6輸出端口由高壓油管接頭旋入第一鉆桿接頭固定器7的螺紋小孔的右部；油管6上設(shè)有壓力傳感器5，壓力傳感器5與報(bào)警裝置相連接；數(shù)控電動(dòng)機(jī)2固定在機(jī)座1上，數(shù)控電動(dòng)機(jī)2的輸出軸上設(shè)有記時(shí)器，數(shù)控電動(dòng)機(jī)2的輸出軸由皮帶3與皮帶輪10相連接。
本發(fā)明采用皮帶輪10上設(shè)有偏心孔，鉆桿8穿過(guò)偏心孔與皮帶輪10固定連接，皮帶輪10由數(shù)控電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)，給鉆桿提供交替變化的彎曲應(yīng)力，能模擬鉆桿在鉆孔內(nèi)工作狀況。脈沖液壓泵4的油管6輸出口與鉆桿8的右端孔口密封式連通(采用通用的高壓油管接頭連接，第一鉆桿接頭固定器7)，油管6上設(shè)有壓力傳感器5當(dāng)鉆桿(包含鉆桿接頭，鉆桿的兩端稱為鉆桿接頭，兩端部分加厚，一端為內(nèi)螺紋，另一端為外螺紋)發(fā)生任何一種形式的損壞或者失效，鉆桿內(nèi)的脈沖壓力發(fā)生異常，壓力傳感器5將信號(hào)傳給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)生報(bào)警，工作人員可以對(duì)鉆桿進(jìn)行檢查，即在鉆桿工作多少時(shí)間后發(fā)生了應(yīng)力刺穿、疲勞斷裂、疲勞裂紋和腐蝕疲勞等破壞形式；從而確定該鉆桿可以在該種鉆孔工作情況下的極限工作時(shí)間；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿的抗疲勞性進(jìn)行檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是圖1沿A-A線剖視3是鉆桿在鉆孔內(nèi)工作狀況示意4是報(bào)警裝置的原理中1-機(jī)座，2-數(shù)控電動(dòng)機(jī)，3-皮帶，4-脈沖液壓泵，5-壓力傳感器，6-油管，7-第一鉆桿接頭固定器，8-鉆桿，9-軸承，10-皮帶輪，11-第二鉆桿接頭固定器，12-鉆桿運(yùn)動(dòng)軌跡(大小可調(diào))，13-鉆孔。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于它括機(jī)座1、數(shù)控電動(dòng)機(jī)2、皮帶3、脈沖液壓泵4、壓力傳感器5、油管6、第一鉆桿接頭固定器7、軸承9、皮帶輪10、第二鉆桿接頭固定器11，機(jī)座1成 型，皮帶輪10上設(shè)有偏心孔，鉆桿(或稱回轉(zhuǎn)鉆桿，內(nèi)為空腔，即管材)8穿過(guò)偏心孔與皮帶輪10固定連接(皮帶輪的外部為圓形，通過(guò)軸承安裝在機(jī)座上；內(nèi)部為偏心的，在偏心孔上安裝一個(gè)夾緊裝置將鉆桿夾緊；當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心孔做偏心運(yùn)動(dòng)，給鉆桿提供交變應(yīng)力，鉆桿并不回轉(zhuǎn))，皮帶輪10由軸承9與機(jī)座1的中間隔板相連接；第二鉆桿接頭固定器11的中部設(shè)有一個(gè)凸出帶螺紋的塞，鉆桿8的左端旋入帶螺紋的塞中(第二鉆桿接頭固定器11的中部有一個(gè)凸出的、實(shí)心的帶有螺紋的塞子，可以和鉆桿通過(guò)螺紋連接并提供鉆桿的密封，第二鉆桿接頭固定器11和機(jī)座1之間實(shí)行插入式連接并在四角和機(jī)座1用螺栓固定)，第二鉆桿接頭固定器11與機(jī)座1的左側(cè)板固定連接，第一鉆桿接頭固定器7的中部設(shè)有一個(gè)螺紋小孔(通孔)，鉆桿8的右端旋入螺紋小孔的左部，第一鉆桿接頭固定器7與機(jī)座1的右側(cè)板固定連接，脈沖液壓泵4的油管6輸出口由高壓油管接頭旋入第一鉆桿接頭固定器7的螺紋小孔的右部；油管6上設(shè)有壓力傳感器5，壓力傳感器5與報(bào)警裝置相連接數(shù)控電動(dòng)機(jī)2固定在機(jī)座1上，數(shù)控電動(dòng)機(jī)2的輸出軸上設(shè)有記時(shí)器，數(shù)控電動(dòng)機(jī)2的輸出軸由皮帶3與皮帶輪10相連接。
數(shù)控電動(dòng)機(jī)的主要作用給鉆桿提供動(dòng)力，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，相當(dāng)于鉆機(jī)的不同擋位。同時(shí)數(shù)控電動(dòng)力上設(shè)有記時(shí)器，可以記錄數(shù)控電動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間以及總的轉(zhuǎn)數(shù)。
脈沖液壓泵，脈沖液壓泵給鉆桿提供液體脈沖壓力。模擬實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中，沖洗液的工作工程。
通常情況下，鉆桿鉆鉆孔的工作狀況是彎曲的如圖3，L是鉆桿在鉆孔工作時(shí)的半波長(zhǎng)度，因此，在疲勞試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)時(shí)，根據(jù)鉆桿在不同的鉆孔直徑中工作時(shí)的半波長(zhǎng)來(lái)確定皮帶輪10上設(shè)有偏心孔的偏心距(即鉆桿8的偏心距)，模擬鉆桿在鉆孔內(nèi)的工作過(guò)程，結(jié)合鉆桿與鉆孔之間的環(huán)狀間隙來(lái)調(diào)整偏心孔的偏心距，給鉆桿提供交替變化的彎曲應(yīng)力，偏心孔的位置偏離程度取決于鉆桿與鉆孔之間的工作間隙，可以調(diào)節(jié)。
如圖4所示，報(bào)警裝置工作原理說(shuō)明(1)壓力傳感器安裝在鉆桿與高壓油管接頭的內(nèi)部，并連接到計(jì)算機(jī)控制臺(tái)，壓力信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)濾波處理，并經(jīng)過(guò)程序設(shè)定正常范圍，當(dāng)壓力傳感器的壓力信號(hào)出現(xiàn)小于設(shè)定的壓力信號(hào)時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。同時(shí)，記時(shí)器停止記時(shí)。
(2)當(dāng)報(bào)警裝置發(fā)生報(bào)警的時(shí)候，計(jì)算機(jī)控制臺(tái)向繼電器發(fā)出斷電指令，切斷電源，數(shù)控電動(dòng)機(jī)停止工作。
(3)工作人員可以通過(guò)記時(shí)器可以知道鉆桿在類似的工作條件下可以工作時(shí)間的長(zhǎng)短，即可以評(píng)價(jià)鉆桿的壽命和質(zhì)量。
(4)工作人員通過(guò)專用的鉆桿無(wú)損探測(cè)儀器進(jìn)一步可以檢查鉆桿的具體破壞形式，即應(yīng)力刺穿、疲勞斷裂、疲勞裂紋還是腐蝕疲勞等。
本發(fā)明的回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)具有通用性，可以適用于所有鉆桿的質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)。因?yàn)殂@桿在不同的孔徑中工作時(shí)，其工作條件的惡劣程度不盡相同。鉆桿直徑不變，孔徑越大，鉆壓越高，鉆桿越容易破壞。因此，只要知道鉆桿的直徑和鉆桿的工作條件即可評(píng)價(jià)鉆桿在該工作條件下將能承受的最大工作時(shí)間。對(duì)于不同直徑的鉆桿和在不同鉆孔中工作的形式，只要調(diào)整偏心動(dòng)子的偏心距即可。當(dāng)然對(duì)于深孔及超深孔，一般鉆孔的直徑要求變化不大，所以檢測(cè)的結(jié)果和實(shí)際情況更接近。
權(quán)利要求
1.回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于它括機(jī)座(1)、數(shù)控電動(dòng)機(jī)(2)、皮帶(3)、脈沖液壓泵(4)、壓力傳感器(5)、油管(6)、第一鉆桿接頭固定器(7)、軸承(9)、皮帶輪(10)、第二鉆桿接頭固定器(11)，機(jī)座(1)成 型，皮帶輪(10)上設(shè)有偏心孔，鉆桿(8)穿過(guò)偏心孔與皮帶輪(10)固定連接，皮帶輪(10)由軸承(9)與機(jī)座(1)的中間隔板相連接；第二鉆桿接頭固定器(11)的中部設(shè)有一個(gè)凸出帶螺紋的塞，鉆桿(8)的左端旋入第二鉆桿接頭固定器(11)的帶螺紋的塞中，第二鉆桿接頭固定器(11)與機(jī)座(1)的左側(cè)板固定連接，第一鉆桿接頭固定器(7)的中部設(shè)有一個(gè)螺紋小孔，鉆桿(8)的右端旋入第一鉆桿接頭固定器(7)的螺紋小孔的左部，第一鉆桿接頭固定器(7)與機(jī)座(1)的右側(cè)板固定連接，脈沖液壓泵(4)的油管(6)輸出端口由高壓油管接頭旋入第一鉆桿接頭固定器(7)的螺紋小孔的右部油管(6)上設(shè)有壓力傳感器(5)，壓力傳感器(5)與報(bào)警裝置相連接數(shù)控電動(dòng)機(jī)(2)固定在機(jī)座(1)上，數(shù)控電動(dòng)機(jī)(2)的輸出軸上設(shè)有記時(shí)器，數(shù)控電動(dòng)機(jī)(2)的輸出軸由皮帶(3)與皮帶輪(10)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)。回轉(zhuǎn)鉆桿疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于它括機(jī)座(1)、數(shù)控電動(dòng)機(jī)(2)、皮帶(3)、脈沖液壓泵(4)、壓力傳感器(5)、油管(6)、第一鉆桿接頭固定器(7)、軸承(9)、皮帶輪(10)、第二鉆桿接頭固定器(11)，鉆桿(8)穿過(guò)偏心孔與皮帶輪(10)固定連接，皮帶輪(10)由軸承(9)與機(jī)座(1)的中間隔板相連接；鉆桿(8)的左端旋入第二鉆桿接頭固定器(11)的帶螺紋的塞中，鉆桿(8)的右端旋入第一鉆桿接頭固定器(7)的螺紋小孔的左部，脈沖液壓泵(4)的油管(6)輸出端口由高壓油管接頭旋入第一鉆桿接頭固定器(7)的螺紋小孔的右部；油管(6)上設(shè)有壓力傳感器(5)，壓力傳感器(5)與報(bào)警裝置相連接。本發(fā)明能模擬鉆桿在鉆孔內(nèi)工作狀況并對(duì)鉆桿的抗疲勞性進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1831508SQ20061001878
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者竇斌, 蔣國(guó)盛, 吳翔, 高輝 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)