專利名稱：一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在石油鉆井工程中用于檢測旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)的試驗(yàn)
測量裝置。
背景技術(shù)：
鉆井方式需求的變化促使鉆井工具也在不斷地改進(jìn)。隨著定向井、水平井鉆井技 術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用日益增多，各種相應(yīng)的井下導(dǎo)向工具相繼出現(xiàn)。早期使用的是轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)造斜 工具，如槽式變向器、套筒性方位控制器及各種特殊結(jié)構(gòu)鉆頭等，目前應(yīng)用最為廣泛的是井 下動(dòng)力鉆具。利用現(xiàn)有的動(dòng)力導(dǎo)向技術(shù)不利于鉆頭的選擇，"滑動(dòng)"方式下大摩阻的存在使 井底工具面的控制難度加大，不能實(shí)現(xiàn)井眼大位移延伸，以及對(duì)井眼軌跡的精確控制。對(duì)于 大斜度井和大位移井，常規(guī)動(dòng)力鉆具已很難甚至不可能滿足需要，因而出現(xiàn)了連續(xù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 向的井下工具。要完成復(fù)雜井眼軌跡，尤其是真正實(shí)現(xiàn)井下閉環(huán)控制，傳統(tǒng)鉆井工具已不能 滿足要求，必須研制更加靈活的全方位可調(diào)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具，其核心是能在旋轉(zhuǎn)狀態(tài) 下按控制指令動(dòng)作改變作用在鉆頭的合力或改變鉆具偏心程度的穩(wěn)定平臺(tái)裝置。穩(wěn)定平臺(tái) 裝置實(shí)際上是一個(gè)測控單元，含有磁通門、重力加速度計(jì)、速率陀螺、微處理器以及相關(guān)的 各種電路。它可以檢測接收各種信號(hào)，通過一定的算法計(jì)算得出正確的數(shù)據(jù)結(jié)果，并發(fā)出指 令操縱執(zhí)行結(jié)構(gòu)完成各種動(dòng)作。 目前國內(nèi)大的石油公司及院所都對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)投入大量的人力和資金，為 了保證系統(tǒng)研制的成功性，減少不必要的損失，有必要通過模擬井下儀器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來驗(yàn) 證旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)的各項(xiàng)參數(shù)是否滿足性能指標(biāo)。而研制穩(wěn)定平臺(tái)測試試驗(yàn) 臺(tái)架就是為了模擬旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)的井下工作狀況而設(shè)計(jì)的地面專用測試系 統(tǒng)。當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)架水平或豎直放置時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)模擬鉆鋌和模擬渦輪以指定轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)，測試系統(tǒng)可以將穩(wěn)定平臺(tái)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速，輸出軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、輸出扭矩以及試驗(yàn)臺(tái)架 的傾角等參數(shù)經(jīng)過測量，處理并存貯。然后根據(jù)所得到的參數(shù)對(duì)其性能進(jìn)行分析，以便于驗(yàn) 證穩(wěn)定平臺(tái)中算法是否正確，各個(gè)傳感器是否靈敏正確以及電路是否工作正常，從而及時(shí) 發(fā)現(xiàn)并改正穩(wěn)定平臺(tái)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢驗(yàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)的測試裝置，能
夠完整合理地模擬穩(wěn)定平臺(tái)在井下工作的環(huán)境條件。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種穩(wěn)定平臺(tái)的測試裝置，包括測量臺(tái)架單元和旋轉(zhuǎn)基座單元。其特征在于所述 的臺(tái)架單元是桁架結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)基座單元包括液壓擺缸或電動(dòng)系統(tǒng)，并通過回轉(zhuǎn) 主軸與臺(tái)架單元相聯(lián)結(jié)。 所述的測量臺(tái)架單元包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、負(fù)載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，固定聯(lián)結(jié)在臺(tái)架 上。所述的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器或通過皮帶輪傳動(dòng)與放置在平臺(tái)上的穩(wěn)定平臺(tái)相聯(lián)
3結(jié)。所述的負(fù)載系統(tǒng)為一個(gè)或多個(gè)扭矩發(fā)生裝置。所述的測量系統(tǒng)包括加速度表、絕對(duì)式 碼盤和扭矩儀，分別安裝在穩(wěn)定平臺(tái)的輸出軸和測試臺(tái)架上。所述的基座單元包括液壓或 電動(dòng)起豎系統(tǒng)和繞底座中心軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。 本發(fā)明所述的穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置具有的有益效果是，測量臺(tái)架單元采用無磁或弱 磁材料制造，可以有效地減少對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的干擾，從而保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；測量臺(tái)架提 供給穩(wěn)定平臺(tái)所需的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，鉆鋌轉(zhuǎn)速以及負(fù)載扭矩，可以模擬井下的工況條件；測量 系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定平臺(tái)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速，輸出軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、輸出扭矩以及試驗(yàn)臺(tái)架的傾角 等參數(shù)，從而驗(yàn)證穩(wěn)定平臺(tái)的性能參數(shù)。旋轉(zhuǎn)基座單元可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在空間豎直平面內(nèi)的 自由擺動(dòng)和繞底座中心軸線的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而模擬井斜和方位參數(shù)的變化，并驗(yàn)證穩(wěn)定平 臺(tái)是否穩(wěn)定準(zhǔn)確地工作。


圖1是穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置的示意圖 圖2是穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置臺(tái)架單元的結(jié)構(gòu)圖 1.負(fù)載電機(jī)2負(fù)載電機(jī)座3.聯(lián)軸器4.扭矩傳感器5.扭矩傳感器座6.旋轉(zhuǎn) 編碼器7.過渡軸8.旋轉(zhuǎn)編碼器9.軸承座10.調(diào)心滾子軸承11.抱緊軸12.輸出軸 13.抱緊軸14.輸入軸15.皮帶輪16.過渡軸17.電機(jī)座18.交流伺服電機(jī)19.過渡 板20.電機(jī)座21.皮帶輪22.主軸23.軸承24.聯(lián)軸器25.交流伺服電機(jī)26.過渡板 27.臺(tái)架單元28.擺動(dòng)主軸29.抱緊塊30.抱緊螺栓31.液壓擺缸32.旋轉(zhuǎn)基座單元 33.穩(wěn)定平臺(tái)34.旋轉(zhuǎn)主軸
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 本發(fā)明的穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置由兩部分組成臺(tái)架單元27和旋轉(zhuǎn)基座單元32組成。 臺(tái)架單元27可以模擬穩(wěn)定平臺(tái)33在井下工作時(shí)的工作狀態(tài)，模擬在井下泥漿驅(qū)動(dòng)下，穩(wěn)定 平臺(tái)33輸出軸在承受一定負(fù)載情況下能否受控準(zhǔn)確，工作穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)基座單元32能夠使 得穩(wěn)定平臺(tái)33具有給定的空間狀態(tài)，從而模擬穩(wěn)定平臺(tái)33在井下具有的方位和井斜。
如圖l所示，穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置由臺(tái)架單元27和旋轉(zhuǎn)基座單元32組成。臺(tái)架單 元27上安裝有穩(wěn)定平臺(tái)33。旋轉(zhuǎn)基座單元32上安裝的液壓擺缸31或電動(dòng)系統(tǒng)通過擺動(dòng) 主軸28與臺(tái)架單元27固連，通過旋轉(zhuǎn)主軸34與地基固連。通過控制擺動(dòng)主軸28和旋轉(zhuǎn) 主軸36，改變穩(wěn)定平臺(tái)33的空間姿態(tài)到設(shè)定位置。 如圖2所示，臺(tái)架單元27通過抱緊螺栓30壓緊抱緊塊29與擺動(dòng)主軸28固連。穩(wěn) 定平臺(tái)33通過抱緊軸11、抱緊軸13與兩端的調(diào)心滾子軸承10和軸承座9聯(lián)接到臺(tái)架單 元27上。穩(wěn)定平臺(tái)33的輸入軸14通過過渡軸16與交流伺服電機(jī)18聯(lián)接。穩(wěn)定平臺(tái)33 的輸出軸12依次連通過過渡軸7、旋轉(zhuǎn)編碼器6、扭矩傳感器4和聯(lián)軸器3與負(fù)載電機(jī)1聯(lián) 接。交流伺服電機(jī)18通過電機(jī)座17與過渡板19與臺(tái)架單元27固連。扭矩傳感器4通過 扭矩傳感器座5、過渡板26與臺(tái)架單元27固連；負(fù)載電機(jī)1通過負(fù)載電機(jī)座2、過渡板26 與臺(tái)架單元27固連。 抱緊軸11與固定在臺(tái)架單元27上的旋轉(zhuǎn)編碼器8固連。抱緊軸13與皮帶輪15
4固連。交流伺服電機(jī)25通過電機(jī)座20固定在臺(tái)架單元27上，其主軸22通過聯(lián)軸器24、主 軸23與皮帶輪21固連，主軸22通過軸承23與電機(jī)座20連接。 本發(fā)明的工作過程是穩(wěn)定平臺(tái)安裝到位后，通過與皮帶輪聯(lián)接的交流伺服電機(jī) 模擬鉆鋌轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)自轉(zhuǎn)，通過與輸入軸聯(lián)接的交流伺服電機(jī)模擬渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，為穩(wěn) 定平臺(tái)提供動(dòng)力；同時(shí)負(fù)載電機(jī)通過改變輸出扭矩，施加到穩(wěn)定平臺(tái)輸出軸上，模擬穩(wěn)定平 臺(tái)負(fù)載。旋轉(zhuǎn)基座單元通過液壓擺缸或電動(dòng)系統(tǒng)，改變臺(tái)架單元的空間位置，模擬井斜和方 位的變化。
權(quán)利要求
一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，包括測量臺(tái)架單元(27)和旋轉(zhuǎn)基座單元(32)。其特征在于所述的臺(tái)架單元(27)是桁架結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)基座單元(32)包括液壓擺缸(31)或電動(dòng)系統(tǒng)，并通過擺動(dòng)主軸(28)與臺(tái)架單元(27)相聯(lián)結(jié)，通過旋轉(zhuǎn)主軸(34)與地基連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，其特征在于所述的測量臺(tái)架單元 (27)包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)(18) (25)、負(fù)載電機(jī)(1)和測量系統(tǒng)，固定聯(lián)結(jié)在臺(tái)架上。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，其特征在于所述的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī) (25)通過皮帶輪(21) (15)或通過變速裝置與放置在平臺(tái)上的穩(wěn)定平臺(tái)(33)相聯(lián)結(jié)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，其特征在于所述的負(fù)載為扭矩發(fā)生 裝置。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，其特征在于所述的測量系統(tǒng)包括編 碼器(6) (8)和扭矩傳感器(4)，分別安裝在穩(wěn)定平臺(tái)(33)的輸出過渡軸(7)和臺(tái)架單元 (27)上。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定平臺(tái)測試裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)基座單元 (32)包括繞擺動(dòng)主軸(28)旋轉(zhuǎn)的液壓擺缸(31)或電動(dòng)起豎系統(tǒng)和繞旋轉(zhuǎn)主軸(34)旋轉(zhuǎn) 的液壓或電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。
全文摘要
一種穩(wěn)定平臺(tái)的測試裝置，包括測量臺(tái)架單元和旋轉(zhuǎn)基座單元。測量臺(tái)架單元采用無磁或弱磁材料制造，可以有效地減少對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的干擾，從而保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；測量臺(tái)架提供給穩(wěn)定平臺(tái)所需的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，鉆鋌轉(zhuǎn)速以及負(fù)載扭矩，可以模擬井下的工況條件；測量系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定平臺(tái)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速，輸出軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、輸出扭矩以及試驗(yàn)臺(tái)架的傾角等參數(shù)，從而驗(yàn)證穩(wěn)定平臺(tái)的性能參數(shù)是否準(zhǔn)確。旋轉(zhuǎn)基座單元可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在空間豎直平面內(nèi)的自由擺動(dòng)和繞底座中心軸線的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而模擬井斜和方位參數(shù)的變化；并驗(yàn)證穩(wěn)定平臺(tái)是否穩(wěn)定準(zhǔn)確地工作。
文檔編號(hào)G01D21/02GK101726330SQ20081016722
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者劉慶龍, 孫峰, 林恩懷, 王義峰, 陳威 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院