专利名称：一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于石油天然气钻井中的一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置，它能为钻具冲蚀磨损、钻具疲劳断裂等失效分析，气固两相流的相关试验研究提供研
究平台。
背景技术：
目前，气体钻井因其自身的优势，具有大幅度节约钻头，提高机械钻速，有效保护油气层，有利于井斜控制，克服井漏等优点而具有十分明显的经济效益和社会效益。因此， 气体钻井技术正日益成为我国油气勘探开发的最有效技术之一。但是，气体钻井中钻具失效频率远高于钻井液钻井，钻具失效事故频发严重制约了气体钻井技术的规模化应用。目前关于气体钻井钻具失效的理论分析和试验研究已有初步成果，公知的气体钻井钻具试验方法和试验装置，只能单一模拟气体钻井过程中岩屑对钻具冲蚀磨损，或只能简单模拟气体钻井钻具受单种力情况，而不能同时模拟气体钻井过程钻具冲蚀磨损和气体钻井钻具受横向、纵向和扭转振动的复杂工况的受力情况，也无法测试出钻具的寿命。因此气体钻井技术的大规模应用要求能够研发出研究气体钻井钻具的多功能试验平台。
发明内容实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能够同时模拟气体钻井过程中钻具冲蚀磨损和受横向、纵向和扭矩振动等井下的复杂受力工况，为气体钻井过程中所遇到的多种钻具的相关问题提供了研究平台。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本实用新型一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置由送气混砂系统、动力系统、传动系统、测试系统及基础循环系统通过阀门和管道联接组成。所述送气混砂系统由送料器、旋风分离器、风机组等组成；所述动力系统由电动机、旋转头、径向加压装置等组成； 所述传动系统由油马达、油缸、液压站等组成，其中液压站由油箱、油缸、油马达、过滤器、电机、油泵、压力表、换向阀、调压阀、调速阀、安全阀组成；所述测试系统由扭矩转速变送器、 拉压力传变送器、位移变送器、压力变送器、流量传感器、流量变送器、遥测控制显示记录系统等组成；所述基础循环系统由水泥基础、试件、大肚子、对开式套管、套管、井架、降尘装置等组成。各系统通过阀门和管道依次联接组成一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置。本实用新型的两大关键部分是传动系统和测试系统，传动系统可以通过调节压力、流量来控制施加给钻具的横向、纵向和扭转载荷的大小和方向，通过测试系统则可以准确地采集、记录和显示钻具受力、变形等相关数据，达到为分析研究钻具的相关问题提供基础数据的目的。通过这种联接装置可以实现气体钻井钻具冲蚀磨损试验、钻具同时受横向、 纵向和扭转振动等多种试验过程。本实用新型的有益效果是1、在能够模拟气体钻井过程中气体携岩冲蚀钻具的同时，能够模拟气体钻井钻具受横向、纵向和扭转振动；2、为研究气体钻井钻具疲劳断裂失效等气体钻井过程中遇到的相关问题方便地提供了多功能试验装置；3、由于组成装置的各系统集成度高，结构简单紧凑，并且管道封闭，运行噪声小，功能多样，因此很适宜气体钻井相关研究部门和高校实验室使用和操作。
图1是本实用新型一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置的示意图；图2是本实用新型液压站的示意图。图中1.水泥基础，2.试件，3.大肚子，4.对开式套管，5.套管，6.旋转头，7.井架，8.扭矩转速变送器，9.油马达，10.拉压力传变送器，11.位移变送器，12.油缸，13.液压站，14.径向加压装置，15.阀门，16.旋风分离器，17.送料器，18.降尘装置，19.阀门， 20.阀门，21.压力变送器，22.流量传感器，23.阀门，24.大风机，25.小风机，26.阀门， 27.流量变送器，28.压力变送器，29.空压机，30.电动机，31.遥测控制显示记录系统， 32.油箱，33.过滤器，34.电机，35.油泵，36.压力表，37.换向阀，38.调压阀，39.油缸， 40.调速阀，41.换向阀，42.油马达，43.调速阀，44.安全阀。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明如图1、图2所示，本实用新型一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置由送气混砂系统、动力系统、传动系统、测试系统及基础循环系统通过阀门(15，19，20，23，26)和管道联接组成。所述送气混砂系统由送料器17、旋风分离器16、大风机24、小风机25、空压机四等组成。由大风机对、小风机25、空压机四组成的风机组产生空气流经压力变送器01， 观)，流量变送器27调节控制风压和流量。产生的空气流通过送料器17和旋风分离器16 送达试件2中。所述动力系统由电动机30、旋转头6、径向加压装置14等组成。电动机30产生风机组启动所需的动力，旋转头6带动套管5和试件2旋转，径向加压装置14提供试验所需压力范围。所述传动系统由油马达9、油缸12、液压站13等组成。油马达9提供钻井实验所需扭矩、转速，油马达9将动力系统产生的旋转运动和压力传递给固定在井架7顶部油缸12， 油缸12的上下运动实现模拟钻具的起下钻过程。所述测试系统由扭矩转速变送器8、拉压力传变送器10、位移变送器11、压力变送器Ol二8)、流量传感器22、流量变送器27、遥测控制显示记录系统31等组成。油马达9输出轴上装有一个扭矩转速变送器8来测量、显示试验时的扭矩、转速和功率，扭矩转速变送器8联结到旋转头6上，旋转头6下部接钻具，钻具底部按试验类型、要求接试件。扭矩转速变送器8、拉压力传变送器10、位移变送器11将试件的扭矩、转速、位移、压力变量数据传送给遥测控制显示记录系统31。压力变送器Ol二8)、流量传感器22、流量变送器27则通过控制空气流的压力、流量来获得试验所需风压和风量。所述基础循环系统由水泥基础1、试件2、大肚子3、对开式套管4、套管5、井架7、 降尘装置18等组成。水泥基础1和井架7提供试验台的固定支撑，套管5的下部设计有一个对开式套管4以方便更换试件2等。对开式套管4下部联结有一个大肚子3，大肚子3的作用是解决在不同试验条件下所需的空间，试件2安装在大肚子3内最底部。 如图2中所示，所述液压站13由电机34、油泵35、油缸39等组成。传动系统所需液压油由油箱32中的液压油通过过滤器33过滤后提供。电机34产生油泵35所需动力， 压力由压力表36调节控制，油泵35输出的油通过液压管路分别送达油缸39和油马达42 两个分路中，两个分路通过换向阀(37，41)来改变油缸39和油马达42运动方向，从而实现各部件行程控制，调压阀38和调速阀(40，4；3)控制各部件运动速度，安全阀44在液压站13 中起安全保护作用。
权利要求1.一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置，由送气混砂系统、动力系统、传动系统、 测试系统及基础循环系统通过阀门(15，19，20，23，26)和管道联接组成，其特征在于所述送气混砂系统由送料器(17)、旋风分离器(16)、风机组等组成；所述动力系统由电动机 (30)、旋转头(6)、径向加压装置(14)等组成；所述传动系统由油马达(9)、油缸(12)、液压站(13)等组成，其中液压站由油箱(32)、油缸(39)、油马达(42)、过滤器(33)、电机(34)、 油泵(35)、压力表(36)、换向阀(37，41)、调压阀(38)、调速阀(40，43)、安全阀(44)组成； 所述测试系统由扭矩转速变送器(8)、拉压力传变送器(10)、位移变送器(11)、压力变送器 01二8)、流量传感器(22)、流量变送器(27)、遥测控制显示记录系统(31)等组成；所述基础循环系统由水泥基础(1)、试件(2)、大肚子(3)、对开式套管(4)、套管(5)、井架(7)、降尘装置(18)等组成。
2.根据权利要求1所述的一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置，其特征在于由大风机(M)、小风机(25)、空压机09)组成的风机组产生空气流经压力变送器01，观)， 流量变送器咖调节控制风压和流量；水泥基础(1)和井架(7)提供试验台的固定支撑， 套管(5)的下部设计有一个对开式套管G)，对开式套管(4)下部联结有一个大肚子(3)， 试件( 安装在大肚子(3)内最底部；油马达(9)输出轴上装有一个扭矩转速变送器(8) 来测量、显示试验时的扭矩、转速和功率，扭矩转速变送器(8)联结到旋转头(6)上，旋转头 (6)下部接钻具。
专利摘要本实用新型涉及用于石油天然气钻井中的一种模拟气体钻井钻具的多功能试验装置，它由送气混砂系统、动力系统、传动系统、测试系统及基础循环系统通过阀门和管道联接组成。所述送气混砂系统由送料器、旋风分离器、风机组等组成；所述动力系统由电动机、旋转头、径向加压装置等组成；所述传动系统由油马达、油缸、液压站等组成；所述测试系统由扭矩转速变送器、拉压力传变送器、位移变送器、压力变送器、流量传感器、流量变送器、遥测控制显示记录系统等组成；所述基础循环系统由水泥基础、试件、大肚子、对开式套管、套管、井架、降尘装置组成。本实用新型为研究气体钻井钻具疲劳断裂失效及气体钻井过程中遇到相关问题提供多功能试验平台。
文档编号G01N3/12GK201955275SQ20102062207
公开日2011年8月31日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者张万福, 李东洋, 王钱钱, 陈次昌, 黄志强 申请人:西南石油大学