本發(fā)明涉及一種石油井下動力鉆具物理性能測試模擬試驗機臺；屬石油井下動力試驗裝置技術領域。

背景技術：

石油井下動力鉆具的物理性能是評價井下動力鉆具整機性能的一個重要指標，而目前對于石油井下動力鉆具的物理性能的測試，主要是根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的工作數(shù)據(jù)來得到；其測試成本高且測試難度大，在測試過程中，只能滿足某一種型號或某一種類的井下動力鉆具的物理性能測試，不能研究造斜井時傾斜角度與其物理性能之間的關系，嚴重浪費了設備資源。為降低試驗成本，滿足試驗的多樣性及確保井下動力鉆具工作的高效性，需要綜合研究石油井下動力鉆具的多樣性及井下動力鉆具工作過程復雜性等情況，弄清井下動力鉆具轉速-扭矩、轉速-輸出功率、轉速-壓力降、轉速-效率等物理特性，以及井下工具傾斜角度與其物理特性之間工作關系，為設計制造新型高效的石油井下動力鉆具提供測試數(shù)據(jù)，從而為我國的石油與天然氣，尤其是非常規(guī)油氣鉆井提供有力支撐，以及為造斜井井身傾斜偏離情況提供指導作用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種能模擬不同類型井下動力鉆具以及其在不同傾斜角度下其工作特性、能夠實現(xiàn)井下動力鉆具轉速-扭矩、轉速-輸出功率、轉速-壓力降、轉速-效率等物理性能測試，同時能夠實現(xiàn)各物理性能參數(shù)測試結果的可視化功能石油井下動力鉆具物理性能測試模擬機臺。

本發(fā)明的技術方案是：

一種石油井下動力鉆具物理性能測試模擬試驗機臺，它由試驗控制裝置、底座、加載機構、傳動機構、傾角變換架和井下動力鉆具構成，其特征在于：底座上通過傾角變換架活動安裝有井下動力鉆具；傾角變換架前端的底座上裝有傳動機構，傾角變換架后端設置有絞盤，絞盤由絞盤繩通過定滑輪與井下動力鉆具連接；傳動機構一側底座上裝有加載機構，井下動力鉆具通過傳動機構與加載機構連接；所述的井下動力鉆具下方一側設置有循環(huán)水箱，循環(huán)水箱上方設置有分水器，分水器通過分水器連通管a與井下動力鉆具連通，分水器通過分水器連通管b與循環(huán)水箱連通，循環(huán)水箱通過連通軟管與井下動力鉆具連通，所述的井下動力鉆具、加載機構、傾角變換架分別與試驗控制裝置連接。

所述的連通軟管上依次安裝有入口壓力傳感器、出口流量傳感器、入口流量傳感器、安全閥、五缸柱塞泵、管道泵和電磁閥；入口壓力傳感器、出口流量傳感器、入口流量傳感器、安全閥、五缸柱塞泵、管道泵和電磁閥分別與試驗控制裝置連接。

所述的傾角變換架由對稱設置的傾角支架構成，傾角支架呈扇形體，傾角支架上設置有內(nèi)滑槽和外滑槽；與內(nèi)滑槽和外滑槽對應的傾角支架內(nèi)壁上設置有內(nèi)側固定板，內(nèi)側固定板上間隔設置有固定凹槽，傾角變換架上裝有傾角傳感器，用于檢測井下動力鉆具的工作角度。

所述的井下動力鉆具由殼體、動力軸、上圓錐滾子軸承、下圓錐滾子軸承、上整流柵、下整流柵和渦輪構成，殼體內(nèi)通過對稱設置的上圓錐滾子軸承和下圓錐滾子軸承安裝有動力軸；動力軸的一端延伸至殼體外端，上圓錐滾子軸承和下圓錐滾子軸承之間的殼體內(nèi)通過襯套和壓緊套裝有渦輪；上圓錐滾子軸承一側的殼體內(nèi)裝有上整流柵；下圓錐滾子軸承與渦輪之間的殼體內(nèi)裝有下整流柵。

所述的渦輪包括定子和轉子；所述轉子通過鎖緊螺母和軸套進行壓緊定位。

所述井下動力鉆具的殼體上對稱設置有連接栓，井下動力鉆具通過連接栓與傾角支架的滑槽配合與傾角變換架滑動連接。

所述的傳動機構由活動支座、固定支座、聯(lián)軸器、大錐齒輪、小錐齒輪、圓柱滾子軸承、水平軸、圓錐滾子軸承和豎直軸構成，固定支座上通過圓柱滾子軸承安裝有活動支座和水平軸，水平軸上固裝有小錐齒輪，活動支座圓錐滾子軸承安裝有豎直軸，豎直軸一端固裝有大錐齒輪，大錐齒輪與小錐齒輪嚙合連接，豎直軸另一端設置有聯(lián)軸器，豎直軸通過聯(lián)軸器與延伸至殼體外端的動力軸連接。

所述加載機構由磁粉制動器、聯(lián)軸器和扭矩測試儀構成，磁粉制動器通過聯(lián)軸器與扭矩測試儀連接；扭矩測試儀通過聯(lián)軸器與水平軸連接。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

該石油井下動力鉆具物理性能測試模擬試驗機臺能夠模擬不同類型的井下動力鉆具在不同傾斜角度下的工作特性，能夠實現(xiàn)井下動力鉆具轉速-扭矩、轉速-輸出功率、轉速-壓力降、轉速-效率等物理性能測試，同時能夠實現(xiàn)各物理性能參數(shù)測試結果的可視化等功能。通過了解不同類型的井下動力鉆具的物理特性，從而為設計制造新型高效的石油井下動力鉆具提供測試數(shù)據(jù)，以及為我國的石油與天然氣，尤其是非常規(guī)油氣鉆井提供有力支撐。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的立體結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的傾角變換架的傾角支架的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明的井下動力鉆具的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明的傳動機構的結構示意圖。

圖中：1、底座，2、井下動力鉆具，3、傳動機構，4、傾角變換架，5、殼體，6、動力軸，7、上圓錐滾子軸承，8、下圓錐滾子軸承，9、上整流柵，10、下整流柵，11、渦輪，12、襯套，13、壓緊套，14、連接栓，15、傾角支架，16、內(nèi)滑槽，17、外滑槽，18、內(nèi)側固定板，19、固定凹槽，20、活動支座，21、固定支座，22、聯(lián)軸器，23、大錐齒輪，24、小錐齒輪，25、圓柱滾子軸承，26、水平軸，27、圓錐滾子軸承，28、豎直軸，29、絞盤，30、絞盤繩，31、定滑輪，32、磁粉制動器，33、扭矩測試儀，34、循環(huán)水箱，35、分水器，36、分水器連通管a，37、連通口，38、分水器連通管b，39、連通軟管。

具體實施方式

該石油井下動力鉆具物理性能測試模擬試驗機臺由試驗控制裝置、底座1、加載機構、傳動機構3、傾角變換架4和井下動力鉆具2構成，底座1上通過傾角變換架4活動安裝有井下動力鉆具2。井下動力鉆具3由殼體5、動力軸6、上圓錐滾子軸承7、下圓錐滾子軸承8、上整流柵9、下整流柵10和渦輪11構成，殼體5內(nèi)通過對稱設置的上圓錐滾子軸承7和下圓錐滾子軸承8安裝有動力軸6；動力軸6的一端延伸至殼體5外端，上圓錐滾子軸承7和下圓錐滾子軸承8之間的殼體5內(nèi)通過襯套12和壓緊套13裝有渦輪11；渦輪11包括定子和轉子；轉子通過鎖緊螺母和軸套進行壓緊定位。上圓錐滾子軸承7一側的殼體5內(nèi)裝有上整流柵9；下圓錐滾子軸承8與渦輪11之間的殼體5內(nèi)裝有下整流柵10；下圓錐滾子軸承8一側的殼體5上設置有連通口36。

傾角變換架4由對稱設置的傾角支架15構成，傾角支架15呈扇形體，傾角支架15上設置有內(nèi)滑槽16和外滑槽17；與內(nèi)滑槽16和外滑槽17對應的傾角支架15內(nèi)壁上設置有內(nèi)側固定板18，內(nèi)側固定板18上間隔設置有固定凹槽19，傾角變換架4上裝有傾角傳感器（圖中未示），用于檢測井下動力鉆具2在傾角變換架4上的工作角度。

井下動力鉆具2的殼體5上對稱設置有連接栓14。井下動力鉆具2通過連接栓14與傾角支架15內(nèi)滑槽16和外滑槽17的配合與傾角變換架4滑動連接。

傾角變換架4前端的底座1上裝有傳動機構3。傳動機構3由活動支座20、固定支座21、聯(lián)軸器22、大錐齒輪23、小錐齒輪24、圓柱滾子軸承25、水平軸26、圓錐滾子軸承27和豎直軸28構成，固定支座21上通過圓柱滾子軸承25安裝有活動支座20和水平軸26，活動支座20通過圓柱滾子軸承25可在固定支座21上相對轉動；水平軸26上固裝有小錐齒輪24，活動支座20上通過圓錐滾子軸承27安裝有豎直軸28，豎直軸28一端固裝有大錐齒輪23，大錐齒輪23與小錐齒輪24嚙合連接，豎直軸28另一端設置有聯(lián)軸器22，豎直軸28通過聯(lián)軸器22與延伸至殼體5外端的井下動力鉆具2的動力軸6連接。

傾角變換架4后端設置有絞盤29，絞盤29由絞盤繩30通過定滑輪31與井下動力鉆具2連接；傳動機構3一側的底座1上裝有加載機構。加載機構由磁粉制動器32、聯(lián)軸器22和扭矩測試儀33構成，磁粉制動器32通過聯(lián)軸器22與扭矩測試儀33連接；扭矩測試儀33通過聯(lián)軸器22與傳動機構3的水平軸26連接。

井下動力鉆具2通過傳動機構3與加載機構連接；井下動力鉆具2下方一側設置有循環(huán)水箱34，循環(huán)水箱34上方設置有分水器35，分水器35通過分水器連通管a36與井下動力鉆具2的連通口37連通，分水器通過分水器連通管b38與循環(huán)水箱34連通，循環(huán)水箱34通過連通軟管39與井下動力鉆具2頂部連通。連通軟管39上依次安裝有入口壓力傳感器、出口流量傳感器、入口流量傳感器、安全閥、五缸柱塞泵、管道泵和電磁閥；入口壓力傳感器、出口流量傳感器、入口流量傳感器、安全閥、五缸柱塞泵、管道泵、電磁閥、加載機構、傾角傳感器分別與試驗控制裝置（圖中未示）連接。

該模擬試驗機臺的試驗控制裝置包括a/d接口板、d/a接口計算機、穩(wěn)流電源、計算機控制中心、打印機，所述a/d接口板主要用來接收傳感器系統(tǒng)采集發(fā)送回來的信號并進行編譯解碼發(fā)送直計算機控制中心，d/a接口計算機兩端分別與計算機和穩(wěn)流電源相連接。

該模擬試驗機臺工作時，通過絞盤29可調(diào)整井下動力鉆具在傾角變換架4上的工作角度，試驗過程中由五缸柱塞泵、管道泵提供動力液，從而帶動井下動力鉆具2的動力軸6轉動，并通過加載機構對動力軸6施加載荷，且各試驗參數(shù)通過各傳感器上傳試驗控制裝置，由此模擬不同類型的井下動力鉆具在不同傾斜角度下的工作特性，可實現(xiàn)井下動力鉆具轉速-扭矩、轉速-輸出功率、轉速-壓力降、轉速-效率等物理性能測試，同時能夠實現(xiàn)各物理性能參數(shù)測試結果的可視化等功能。為設計制造新型高效的石油井下動力鉆具提供測試數(shù)據(jù)，以及為我國的石油與天然氣，尤其是非常規(guī)油氣鉆井提供有力支撐。

該模擬試驗機臺可有效降低試驗成本，滿足試驗的多樣性及確保井下動力鉆具工作的高效性，同時該裝置為我國設計制造新型高效的石油井下動力鉆具提供測試數(shù)據(jù)，從而為我國的石油與天然氣，尤其是非常規(guī)油氣鉆井提供有力支撐，以及為造斜井井身傾斜偏離情況提供指導作用。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。