一种旋转导向工具翼肋测试装置的制作方法

本发明涉及随钻测井技术领域的一种导向工具测试装置，尤其涉及一种旋转导向工具的翼肋支出测试装置。

背景技术：

旋转导向钻井技术在国内外钻井行业中的应用日趋增多，取得了可观的经济效益。由于旋转导向钻井工具工作过程中的导向翼肋推力大小、推靠顺序、延时时间、下传指令接收及其工具工作模式转换等需要在室内完成相关实验工作，这就需要专门的翼肋测试装置来检验旋转导向机构的性能指标，指导相关设备的软硬件设计与改进。

国外技术公司能够提供系统的旋转导向钻井技术服务和商业化的旋转导向钻井工具。如斯伦贝谢、贝壳休斯等大型石油仪器公司都自行研制开发了相关的旋转导向工具及导向翼肋测试设备。通过在地面条件下模拟使国外公司旋转导向钻井工具的可靠性和市场竞争力大大提高。这些测试设备均属国外公司自行研制开发和自己应用，由于技术保密的缘故，尚无相关技术信息的公开。

国内由于起步较晚，尚未开发出类似的可旋转导向工具翼肋测试设备。几家研究机构虽然开展了这方面的工作，多数处在实验室阶段，有的研究机构虽然也能模拟导向翼肋的支出情况，但实验加载环是通过液压管线将专用测试油注入到加载环内，利用液压变化定性的判断翼肋的支出情况，这种设备存在的问题在于由于需要管线与加载环连接，导致旋转导向工具外壳实际是无法旋转的，只能靠工具内轴的旋转和安装在外壳上的旋转磁场模拟器达到试验的目的，这种测试无法满足现场钻井实际，即无法准确计算翼肋实际支出的方位角度也无法精确判断支出力的大小，不能满足旋转导向钻井工具的单元及整体性能测试要求，影响了国产旋转导向钻井工具的研发水平和速度。

技术实现要素：

本发明的目的是针对国外相关技术的封锁和国内技术的空白状态，提供一种导向机构工作过程中测量翼肋实际支出位置和支出力大小，为导向机构控制系统与控制算法的改进、机械与传动机构的优化等工作提供技术保障的旋转导向工具翼肋测试装置。

本发明的旋转导向工具翼肋测试装置，包括底座、旋转驱动装置、联轴器和支撑轴承，在连接轴上安装角度位置测量装置，还包括：与旋转导向工具翼肋感应区域外套接配合的翼肋测试环，翼肋测试环上安装测力传感器。

上述方案进一步包括：

所述翼肋测试环采用环状的翼肋测试环骨架，三个测力传感器均布在翼肋测试环骨架内壁，三个测力传感器通过设置在翼肋测试环骨架上的导线槽连接到翼肋测试环骨架上的传输模块。

所述翼肋测试环骨架是两个半环体通过对合端的连接轴和锁紧螺丝连接构成，或者是一个圆环体通过周边径向分布的缩紧螺丝构成；所述测力传感器采用LVDT位移传感器或电阻应变式传感器。

所述传输模块为无线传输模块，同时与之配套的还有无线接收器、主控单元和计算机。

本发明所具有的有益效果是：通过旋转导向工具测控系统测量并控制翼肋支出的方位位置与角度位置测量装置精确计算的方位角度对比，优化导向机构翼肋控制方法，提高控制精度；通过导向工具旋转状态下加载翼肋测试环，实现翼肋控制时序和推靠力的大小的准确测定，从而判断巴掌推出的位置及力的大小，进一步分析旋转导向工具的导向能力；另外本发明很好的利用了现代无线通讯技术，使数据采集与传输、控制更为简便。

附图说明

图1旋转导向工具翼肋测试装置框图；

图2是图1中翼肋测试环的结构放大图；

图3无线数据传输框图；图中：

1 安装底座 2 旋转驱动装置 3 角度位置测量装置

4 联轴器 5 数据通信接口 6 支撑轴承

7 旋转导向工具 8 无线传输模块 9 导向翼肋

10翼肋测试环 11信号采集电路 12无线发射器

13天线 14无线接收器 15主控单元

16计算机 17连接轴承 18测力传感器

19紧固螺丝 20信号传输线 21翼肋测试环骨架。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，旋转导向工具翼肋测试系统包括：安装底座1、旋转驱动装置2、角度位置测量装置3、联轴器4、支撑轴承6、旋转导向工具7、翼肋测试环10、无线传输模块8和计算机16。

安装底座1上固定有旋转驱动装置2和轴承座21，旋转导向工具通过被固定在轴承座上的两个轴承6支撑，保持转动过程中的平衡和位置不变；旋转驱动装置2主要用于带动旋转导向工具7旋转，旋转驱动装置2的输出轴通过联轴器4与旋转导向工具7连接轴相连。在联轴器4之间安装有角度位置测量装置3，工作过程中角度位置测量装置3、旋转驱动装置2以及旋转导向工具7同轴同步转动。通过数据线连接旋转导向工具数据通讯接口5和计算机设置软件，可以预设旋转导向工具7内部的测控系统控制导向翼肋9支出的方位角大小；旋转导向工具7在转动过程中，测控系统判断出当前方位角度大小，当方位角等于计算机设置软件设置的方位大小时，通过控制旋转导向工具7内部的油压泵给与导向翼肋9相连的油腔注油，为翼肋的支出提供动力，从而控制翼肋在支出。

角度位置测量装置3安装后，旋转驱动装置2运行前，需要通过角度位置测量装置3输出的零位脉冲或者数字代码来确定角度位置测量装置3的零位参考位置，同时将对应的位置标注在旋转导向工具7的钻铤外壁上；保持旋转导向工具7静止，通过测量旋转导向工具7的0°高边位置到角度位置测量装置3参考位置的方位角大小，就得到角度位置测量装置3的零位参考位置对应的基准参考方位。

在图1中，翼肋测试环10安装固定在旋转导向工具7的翼肋外围区域，翼肋测试环10上相隔120°安装有测力传感器18，测力传感器18的受力面与导向工具翼肋感应区域相对应，工作过程中翼肋测试环10与旋转导向工具7同步转动，旋转导向工具7的测控系统控制某一翼肋支出，支出的翼肋对相应的测力传感器18产生作用力，测力传感器18检测到受力响应并计算受力大小。翼肋支出的同时，无线传输模块8实时采集角度位置测量装置3测量的方位角信息和测力传感器18测量的压力信号，进行解码处理后通过数据通信接口5连接到安装在计算机16上的处理软件进行显示和存盘。

如图2所示，旋转导向工具翼肋推靠力测试装置结构图。由翼肋测试环骨架21、连接轴承17、测力传感器18、紧固螺丝19和信号传输线20共同组成翼肋测试环10。翼肋测试环10结构为剖分套筒式，分上下两个半环并通过连接轴承17连接在一起，可以直接套装在旋转导向工具7的导向翼肋9外围。测试骨架21内侧相隔120°设计有圆形的凹槽，同时设计有固定测力传感器18的螺丝孔，测力传感器18受力面向内安装在凹槽内，测力传感器18的顶部突起面为受力面。翼肋测试环10通过紧固螺丝19不断与旋转导向工具7夹紧，紧固前要求三个测力传感器18处于上电工作状态并通过信号连接线20与无线传输模块8连接。无线传输模块8实时采集和处理测力传感器18的压力信号并通过数据通信接口5连接到计算机16，计算机16安装有处理软件实时显示测力传感器18的受力情况。紧固过程中旋转导向工具7的三个导向翼肋9接触并使测力传感器18承受一定的压力，直到翼肋测试环10与旋转导向工具7固定牢固并在旋转过程中不发生相对移动，旋转导向工具7翼肋支出时推靠力的大小就可以通过计算机16安装的处理软件实时显示出来。

图3为旋转导向工具翼肋测试装置和计算机之间进行无线数据通讯示意图。由信号采集电路11、无线发射器12组成无线传输模块8，并与天线13、无线接收器14、主控单元15、计算机16组成无线数据传输系统。无线传输模块8采用双压控振荡器来分别产生用于接收和发射的射频信号。信号采集电路11实时采集测力传感器18压力信号和角度位置测量装置3的脉冲信号并进行解码处理，同时可监测传感器断线、短路或正常工作等状态。当信号采集电路11采集检测到压力信号大于基本参考压力值时同步记录角度位置测量装置3的脉冲信号，并将这两个同时间点采集数据发送给无线发射器12，无线接收器13采集无线发射器12传输的数据，主控单元15协调与计算机之间的通信并通过数据通信接口5发送到安装在计算机16上的处理软件，用于显示和存储翼肋推靠力的大小和翼肋感应区对应的位置，实现模拟旋转导向工具7在钻井旋转状态下翼肋的支出检测和旋转导向工具7内部测控系统的方位控制精度。

通过无线通讯可以节省旋转导向工具翼肋测试系统各通讯线的布置，又可实现旋转状态下翼肋推靠力大小和方位角度的测量。