本發(fā)明涉及石油天然氣鉆探領(lǐng)域，特別是涉及振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置及其用途。

背景技術(shù)：

隨著各油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，深井、超深井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井越來(lái)越多。然而深井、超深井鉆探過(guò)程中，由于巖石硬度大、研磨性強(qiáng)、可鉆性差，常規(guī)的螺桿鉆具與PDC鉆頭配合的鉆進(jìn)方式機(jī)械鉆速極低；大斜度井、大位移井、水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中由于井斜角大、裸眼段長(zhǎng)，鉆具與井壁接觸面積大，產(chǎn)生較大的摩阻，造成滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)重的托壓現(xiàn)象，導(dǎo)致滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速極低。

為解決深井、超深井硬巖層地層機(jī)械鉆速低的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了扭力沖擊器、液動(dòng)沖擊器等工具；為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)井滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓?jiǎn)栴}，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了水力振蕩器等工具。扭力沖擊器、液動(dòng)沖擊器、水力振蕩器等工具都屬于振動(dòng)類(lèi)井下工具，都是通過(guò)將鉆井流體能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能量，從而達(dá)到提高機(jī)械鉆速的目的。然而，鉆井液流體性質(zhì)的變化，排量的變化，工具結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，工具在井下受力狀態(tài)的變化，都對(duì)工具振動(dòng)性能有一定的影響。因此在設(shè)計(jì)研發(fā)這類(lèi)工具時(shí)，振動(dòng)參數(shù)的獲得是非常重要的。目前主要靠有限元模擬、地面靜態(tài)承壓實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)的拉扭試驗(yàn)來(lái)測(cè)試工具的性能，這種靜態(tài)模擬或試驗(yàn)的條件是無(wú)法與井下復(fù)雜的動(dòng)態(tài)受力狀態(tài)相比擬的，測(cè)試結(jié)果差距會(huì)很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置及其用途，其能模擬井下復(fù)雜環(huán)境下振動(dòng)類(lèi)鉆井工具動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體性能等因素對(duì)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的影響，為振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置，包括夾持裝置、供料裝置和性能測(cè)試裝置；

所述夾持裝置用于固定待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具；

所述性能測(cè)試裝置包括軸向載荷加載裝置、振動(dòng)位移傳感器、測(cè)壓接頭、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)；所述測(cè)壓接頭有兩個(gè)，分別安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的兩端；所述測(cè)壓接頭上均安裝有壓力傳感器；所述振動(dòng)位移傳感器安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具上；所述軸向載荷加載裝置設(shè)置于待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具一端，用于向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具內(nèi)部施加軸向載荷；所述壓力傳感器、振動(dòng)位移傳感器分別與數(shù)據(jù)采集器連接；所述數(shù)據(jù)采集器將從所述壓力傳感器和振動(dòng)位移傳感器采集到的信息傳輸至計(jì)算機(jī)；

所述供料裝置分別通過(guò)管線(xiàn)與安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具兩端的測(cè)壓接頭連接，用于從一端向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的內(nèi)部輸送鉆井液和巖屑，并從另一端匯集輸出混合液，形成回路。

所述軸向載荷加載裝置包括連接在一起的液壓站和液壓活塞缸。

進(jìn)一步，所述供料裝置包括巖屑注入裝置和鉆井液注入裝置；所述鉆井液注入裝置包括通過(guò)管線(xiàn)依次連接的固液分離裝置、截止閥I、泥漿罐、截止閥II、泵、止回閥、截止閥III和流量計(jì)，從待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具輸出的混合液經(jīng)所述固液分離裝置進(jìn)入泥漿罐；所述巖屑注入裝置通過(guò)管道并入所述流量計(jì)與待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具進(jìn)料側(cè)測(cè)壓接頭之間的管線(xiàn)；所述巖屑注入裝置包括巖屑保存箱和用于把所述巖屑保存箱內(nèi)的巖屑送入管線(xiàn)中的輸入裝置。優(yōu)選，所述泵為柱塞泵或離心泵。

進(jìn)一步，所述泥漿罐還連接有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于精確輸出泥漿罐內(nèi)的鉆井液。

進(jìn)一步，所述夾持裝置有兩個(gè)，一個(gè)位置固定，一個(gè)位置可調(diào)，能在兩端固定所述待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置；同時(shí)，所述軸向載荷加載裝置安裝在夾持裝置位置固定側(cè)。

進(jìn)一步，所述振動(dòng)位移傳感器為分體式結(jié)構(gòu)。

一種如上所述振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置用于檢測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能的方法，包括如下步驟：

1)將待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置安裝在夾持裝置上；

2)利用軸向載荷加載裝置向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具內(nèi)部施加軸向載荷F1；利用供料裝置從待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具一端向其內(nèi)部輸送鉆井液和巖屑，在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具內(nèi)混合，而后從另一端流出，回到所述供料裝置中，循環(huán)使用；壓力傳感器實(shí)時(shí)采集待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具兩端的壓力，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；振動(dòng)位移傳感器實(shí)時(shí)采集待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的位移，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

該振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置能夠模擬井下復(fù)雜環(huán)境下振動(dòng)類(lèi)鉆井工具動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體性能等因素對(duì)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的影響，為振動(dòng)類(lèi)鉆井工具的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置，包括夾持裝置13、供料裝置10和性能測(cè)試裝置；夾持裝置13用于固定待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16；優(yōu)選，夾持裝置13有兩個(gè)，一個(gè)位置固定，一個(gè)位置可調(diào)，能在兩端固定待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16性能檢測(cè)裝置；試裝置包括軸向載荷加載裝置17、振動(dòng)位移傳感器15、測(cè)壓接頭11、壓力傳感器12、數(shù)據(jù)采集器25和計(jì)算機(jī)26；測(cè)壓接頭11有兩個(gè)，分別安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16的兩端；測(cè)壓接頭11上均安裝有壓力傳感器12；振動(dòng)位移傳感器15安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16上(具體而言，振動(dòng)位移傳感器15為分體式結(jié)構(gòu)，其用于檢測(cè)待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16軸向位移的感應(yīng)片14安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16的進(jìn)料端)；軸向載荷加載裝置17安裝在固定待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16的夾持裝置位置固定側(cè)，用于向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16內(nèi)部施加軸向載荷；壓力傳感器12、振動(dòng)位移傳感器15分別與數(shù)據(jù)采集器25連接；數(shù)據(jù)采集器25將從壓力傳感器12和振動(dòng)位移傳感器15采集到的信息傳輸至計(jì)算機(jī)26；供料裝置10分別通過(guò)管線(xiàn)與安裝在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16兩端的測(cè)壓接頭11連接，用于從一端向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16的內(nèi)部輸送鉆井液和巖屑，并從另一端匯集輸出混合液，形成回路。

具體來(lái)說(shuō)，軸向載荷加載裝置17包括連接在一起的液壓站23和液壓活塞缸24。供料裝置10包括巖屑注入裝置27和鉆井液注入裝置20；鉆井液注入裝置20包括通過(guò)管線(xiàn)依次連接的固液分離裝置21、截止閥I22、泥漿罐1、截止閥II2、泵3、止回閥5、截止閥III6和流量計(jì)7，從待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16輸出的混合液經(jīng)固液分離裝置21進(jìn)入泥漿罐1；巖屑注入裝置27通過(guò)管道并入流量計(jì)7與待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16進(jìn)料側(cè)測(cè)壓接頭11之間的管線(xiàn)；巖屑注入裝置27包括巖屑保存箱8和用于把巖屑保存箱8內(nèi)的巖屑送入管線(xiàn)中的輸入裝置9。優(yōu)選，泵3為柱塞泵或離心泵。

作為一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，泥漿罐1還連接有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥4，用于精確輸出泥漿罐1內(nèi)的鉆井液。

利用該振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能檢測(cè)裝置檢測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具性能的方法，包括如下步驟：

1)將待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16性能檢測(cè)裝置安裝在夾持裝置13上；

2)利用軸向載荷加載裝置17向待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16內(nèi)部施加軸向載荷F1；利用供料裝置10從待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16一端向其內(nèi)部輸送鉆井液和巖屑，在待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16內(nèi)混合，而后從另一端流出，回到供料裝置10中，循環(huán)使用；壓力傳感器12實(shí)時(shí)采集待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16兩端的壓力，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器25；振動(dòng)位移傳感器15實(shí)時(shí)采集待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具16的位移，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器25；數(shù)據(jù)采集器25將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)26。

測(cè)試時(shí)，先開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器25和計(jì)算機(jī)26，保證各傳感器信號(hào)采集正常。開(kāi)啟液壓站23，逐漸增加液壓站輸出壓力，直至顯示結(jié)果達(dá)到給定軸向載荷F1時(shí)保持該輸出壓力不變。開(kāi)啟泵3，逐漸增加流量，經(jīng)流量計(jì)7測(cè)試顯示結(jié)果達(dá)到給定流量Q1保持該流量不變。開(kāi)啟固相輸入裝置9，逐漸增加固相含量C1，直到達(dá)到所給定的固相含量值保持不變。此時(shí)，保持F1、Q1、C1不變，使待測(cè)振動(dòng)類(lèi)鉆井工具進(jìn)入正常模擬工作狀態(tài)。

經(jīng)過(guò)前端壓力傳感器11檢測(cè)壓力P1，經(jīng)末端傳感器11檢測(cè)壓力P2，二者的差值P1-P2即為被測(cè)試振動(dòng)類(lèi)鉆井工具在該工況下的壓耗。

經(jīng)位振動(dòng)位移傳感器15記錄試驗(yàn)過(guò)程中的位移x，其最大值與最小值的差值即為被測(cè)試振動(dòng)類(lèi)鉆井工具在該工況下的振幅。

振動(dòng)類(lèi)鉆井工具測(cè)試環(huán)境為軸向載荷F1、流量Q1、固相含量C1二者皆可調(diào)整。