一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，属于液动冲击钻具性能测试领域。用以测试水平定向钻穿越冲击钻具的冲击功性能、冲击力性能及冲击频率性能，所述测试装置至少包括：锁紧环、冲击钻具、液压调节支架、石英压力传感器、运动连杆、支座、传感器紧固套、固定支架、托盘、感应钢板、电涡流位移传感器、横梁、试验砧子及数据采集系统与计算机；所述支座的空腔内设置有传感器紧固套，所述电涡流位移传感器设置在传感器紧固套顶部。该测试装置不受环境因素限制，在液体条件下亦能正常工作，工作可靠性好，灵敏度高，能够有效减少冲击钻具对测试设备振动的影响，增加测试结果的精确度；安装拆卸方便，易于维护。
【专利说明】
一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及液动冲击钻具性能测试领域，特别涉及一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置。
【背景技术】
[0002]目前，液动冲击钻具性能试验主要包括冲击功测量、冲击频率标定、工作流量以及额定工作压力等参数的测量，其中最重要的即为冲击功测试。常见的测试方法主要包括冲击速度法与动力学法。冲击速度法分为触点法、电磁感应法和高速摄像法等，而动力学法测冲击功包括应力波法与冲击力法等。
[0003]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0004]冲击钻具性能参数常规测试方法，大部分为接触式测试系统，如触点法、应力波法与冲击力法测冲击功均为冲击体与被冲击体直接接触测量，导致测试装置必须内置于冲击钻具系统内，增加了传感器布置难度及测试装置设计难度，同时降低了测试精度。
[0005]而电磁感应法和高速摄像法虽然为非接触测量法，但是需要破坏冲击钻具结构，同时测试数据精确度难以控制，易导致试验系统的破坏，更新维护频率较高。而且此类冲击功测试方法都有自身的局限性，同样面临传感器布置难度高，数据难于采集等问题，不能准确测量冲击功参数，或者测试装置受钻具结构的影响而不能稳定工作，导致测试结果难于获得，测试过程十分复杂。由于测试装置结构的复杂性亦增加了设备的维护保养难度及成本。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置。可提高冲击钻具性能参数测试的精确度和实用性，降低试验测试装置结构的复杂性，便于快速、高效、稳定地测试水平定向钻穿越冲击钻具性能参数。所述技术方案如下:
[0007]—种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，用以测试水平定向钻穿越冲击钻具的冲击功性能、冲击力性能及冲击频率性能，所述测试装置至少包括:锁紧环、冲击钻具、液压调节支架、石英压力传感器、运动连杆、支座、传感器紧固套、固定支架、托盘、感应钢板、电涡流位移传感器、横梁、试验砧子及数据采集系统与计算机;所述支座的空腔内设置有传感器紧固套，所述电涡流位移传感器设置在传感器紧固套顶部。
[0008]所述电涡流位移传感器通过导线与传感器紧固套内壁连接。
[0009]所述托盘设置在支座顶部通过螺栓联接，托盘一侧设置有排液管。
[0010]所述运动连杆下部穿过试验砧子并与感应钢板连接，上部与冲击钻具内的冲锤螺纹联接。
[0011]所述液压调节支架和固定支架分别设置在支座的两侧，冲击钻具上部通过锁紧环固定在两支架上部设置的横梁上。
[0012]所述冲击钻具顶部设置有进液管，冲击钻具底部与设置在托盘内的石英压力传感器感应接触。
[0013]所述冲击钻具的实际运动轨迹通过运动连杆传递至感应钢板，电涡流位移传感器通过感应钢板发射与接收信号，将冲锤运动位移数据采集到计算机分析计算。
[0014]所述托盘上部a处为石英压力传感器安置腔;传感器紧固套的内腔b处为运动连杆及感应钢板安置腔，传感器紧固套的下部c处为电涡流位移传感器安置孔;支座内腔下部d处为传感器的线路布置腔。
[0015]所述试验砧子为滑动密封砧子，至少包括进液通道、螺旋密封槽、运动连杆导向孔、砧子本体、密封槽、排液通道、砧子丝堵、运动连杆密封槽、中心通孔。
[0016]所述砧子本体内部设置有中心通孔，所述中心通孔上部连通进液通道及运动连杆导向孔，下部一侧设置有排液通道，底部设置有砧子丝堵，所述砧子丝堵中部设置有运动连杆密封槽，所述砧子本体外壁上部设置有螺旋环形密封槽，下部凸台处设置有矩形密封槽。
[0017]本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0018]1、根据冲击钻具性能测试基本原理，结合先进的力与电传感技术，通过以电涡流效应为原理的电涡流位移传感器非接触测试装置，更加集成化和实用化，测试不受环境因素限制，在液体条件下亦能正常工作，长期工作可靠性好，灵敏度高，能够有效减少冲击钻具对测试设备振动的影响，降低环境因素对测试结果的干扰，增加了测试结果的精确度；
[0019]2、测试装置测试分辨率高，能够准确测量冲锤在冲击行程末端Imm范围内任意点的冲击速度，测量范围宽，减小了测试冲击末速度与实际值的误差，进而增加了冲击末速度的测试精度；
[0020]3、无需破坏水平定向钻穿越液动冲击钻具原有结构，即可测试不同型号冲击钻具在不同工作流量条件下的冲击功、频率、压力损耗等性能参数，且测试结果与实际数值误差较小，能够代表冲击钻具的真实性能指标；
[0021]4、可提高冲击钻具性能参数测试的精确度和实用性，降低试验测试装置结构的复杂性，便于快速、高效、稳定地测试水平定向钻穿越冲击钻具性能参数；
[0022]5、测试装置结构简单，安装拆卸方便，易于维护，测试过程中冲击钻具工作参数、运动距离可以任意精确调节，适用范围广泛，能够满足外径小于203.2mm的所有液动冲击钻具的冲击力、冲击功、冲击频率相关性能参数测试要求。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本实用新型实施例提供的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置结构示意图；
[0025]图2是本实用新型实施例提供的图1中局部结构示意图；
[0026]图3是本实用新型实施例提供的图2的俯视图；
[0027]图4是本实用新型实施例提供的水平定向钻穿越冲击钻具试验砧子结构示意图。
[0028]图中各符号表示含义如下:
[0029]I锁紧环;2冲击钻具;3液压调节支架;4石英压力传感器;5运动连杆;6排液管；
[0030]7支座，7.1底盘；
[0031]8传感器紧固套;9进液管；10固定支架；
[0032]11 托盘，11.1扣边；
[0033]12感应钢板;13电涡流位移传感器;14横梁；
[0034]15试验砧子，15.1进液通道，15.2螺旋密封槽，15.3运动连杆导向孔，15.4砧子本体，15.5密封槽，15.6排液通道，15.7砧子丝堵，15.8运动连杆密封槽，15.9中心通孔；
[0035]a压电石英传感器安置腔;b运动连杆及感应钢板安置腔;c电涡流位移传感器安置孔;d传感器线路布置腔。
【具体实施方式】
[0036]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
[0037]参见图1所示，本实用新型实施例提供了一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，用以测试水平定向钻穿越冲击钻具的冲击功性能、冲击力性能及冲击频率性能参数。该装置至少包括:锁紧环1、冲击钻具2、液压调节支架3、石英压力传感器4、运动连杆5、排液管6、支座7、传感器紧固套8、进液管9、固定支架10、托盘11、感应钢板12、电涡流位移传感器
13、横梁14、试验砧子15等零部件及数据采集系统与计算机。
[0038]具体地，所述支座7为空腔圆柱体，底部延伸出圆形底盘7.1，置于半地下；托盘11底部带有扣边11.1，扣在支座7顶部并通过螺栓联接，托盘11一侧设置有排液管6;支座7的空腔内设置有传感器紧固套8，传感器紧固套8底部固联在底盘7.1上，传感器紧固套8顶部设置有电涡流位移传感器13，电涡流位移传感器13通过导线与传感器紧固套8内壁连接;运动连杆5底部设置有感应钢板12，上部伸入托盘11的中心孔并与冲击钻具2内的冲锤螺纹联接;液压调节支架3和固定支架10分别设置在支座7的两侧并与地面固定，通过液压驱动可调节高度，两支架上部设置有横梁14，冲击钻具2上部通过锁紧环I固定在横梁14上;冲击钻具2顶部设置有进液管9，冲击钻具2底部与设置在托盘11内的石英压力传感器4感应接触；运动连杆5穿过试验站子15后与感应钢板12连接;所述冲击钻具2的实际运动轨迹通过运动连杆5传递至感应钢板12，电涡流位移传感器13通过感应钢板12发射与接收信号，经电涡流位移传感器13感应后将冲锤运动位移数据采集到计算机并分析计算，进而获得冲击功与工作频率。
[0039]同时参见图2、图3所示，所述传感器紧固套8、托盘11及支座7均为螺纹联接，紧固可靠；由于设置了传感器紧固套8，便于任意调节电涡流位移传感器13与感应钢板12的距离，增加了水平定向钻穿越冲击钻具性能参数的测试范围，有助于提高冲击钻具冲击功测试的精确性;托盘11可限制冲击钻具2径向位移，支座7承担冲击钻具2工作时产生的竖向冲击力。托盘11上部a处为石英压力传感器4安置腔;传感器紧固套8的内腔b处为运动连杆5及感应钢板12安置腔，传感器紧固套8的下部c处为电涡流位移传感器13安置孔;支座7内腔下部d处为传感器的线路布置腔。
[0040]同时参见图4所示，所述试验砧子15是水平定向钻穿越冲击钻具性能参数测试装置中的试验用砧子，为滑动密封砧子，用以保证运动连杆5能够顺利通过冲击钻具砧子而不产生卡阻，同时满足液动冲击钻具工作时的密封要求。该新型结构的试验砧子15至少包括进液通道15.1、螺旋密封槽15.2、运动连杆导向孔15.3、砧子本体15.4、密封槽15.5、排液通道15.6、砧子丝堵15.7、运动连杆密封槽15.8、中心通孔15.9等;所述砧子本体15.4为凸字型结构，其内部设置有中心通孔15.9，所述中心通孔15.9上部连通进液通道15.1及倾斜设置的两道运动连杆导向孔15.3，下部一侧设置有排液通道15.6，底部设置有砧子丝堵15.7，砧子丝堵15.7中部设置有运动连杆密封槽15.8，砧子丝堵15.7不仅起到密封作用，在运动连杆5运动过程中还能起到导向作用，能够提高冲击钻具2冲击功及工作频率的测试精度；砧子本体15.4外壁上部设置有螺旋环形密封槽15.2，起密封作用，下部凸台处设置有矩形密封槽15.5，起二次密封作用;这种双重密封结构可保证工作流体在压力作用下很难发生泄漏。
[0041]本实用新型实施例的工作原理:水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置正常工作后，冲锤在钻具系统内的运动轨迹被运动连杆5及感应钢板12传递至钻具外，此时冲锤冲击试验砧子15，石英压力传感器4采集冲击钻具2的冲击力，同时电涡流位移传感器13采集运动连杆5的运动位移轨迹;采集到的数据经采集系统及计算机的分析计算后，运动连杆5的冲击末速度即可获得，表明水平定向钻穿越冲击钻具的冲击功测试完成。
[0042]此外，本实用新型实施例还具有如下优点:
[0043]1、与现有测试装置相比，设计原理更先进，测试精度更高，降低测试成本，适用于水平定向钻穿越冲击钻具性能参数的室内测试与现场测试；
[0044]2、与冲击钻具实际运动位移最接近，因此测试得到的冲击功及工作频率更符合真实情况，保真性强；
[0045]3、可满足采集测试数据量大、测试性能精度高等性能试验的要求，保证测试性能值的可靠性。
[0046]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，用以测试水平定向钻穿越冲击钻具的冲击功性能、冲击力性能及冲击频率性能，其特征在于，所述测试装置至少包括:锁紧环、冲击钻具、液压调节支架、石英压力传感器、运动连杆、支座、传感器紧固套、固定支架、托盘、感应钢板、电涡流位移传感器、横梁、试验砧子及数据采集系统与计算机;所述支座的空腔内设置有传感器紧固套，所述电涡流位移传感器设置在传感器紧固套顶部。2.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述电涡流位移传感器通过导线与传感器紧固套内壁连接。3.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述托盘设置在支座顶部通过螺栓联接，托盘一侧设置有排液管。4.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述运动连杆下部穿过试验砧子并与感应钢板连接，上部与冲击钻具内的冲锤螺纹联接。5.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述液压调节支架和固定支架分别设置在支座的两侧，冲击钻具上部通过锁紧环固定在两支架上部设置的横梁上。6.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述冲击钻具顶部设置有进液管，冲击钻具底部与设置在托盘内的石英压力传感器感应接触。7.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述冲击钻具的实际运动轨迹通过运动连杆传递至感应钢板，电涡流位移传感器通过感应钢板发射与接收信号，将冲锤运动位移数据采集到计算机分析计算。8.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述托盘上部a处为石英压力传感器安置腔;传感器紧固套的内腔b处为运动连杆及感应钢板安置腔，传感器紧固套的下部c处为电涡流位移传感器安置孔;支座内腔下部d处为传感器的线路布置腔。9.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述试验砧子为滑动密封砧子，至少包括进液通道、螺旋密封槽、运动连杆导向孔、砧子本体、密封槽、排液通道、砧子丝堵、运动连杆密封槽、中心通孔。10.根据权利要求9所述的水平定向钻穿越冲击钻具性能测试装置，其特征在于，所述砧子本体内部设置有中心通孔，所述中心通孔上部连通进液通道及运动连杆导向孔，下部一侧设置有排液通道，底部设置有砧子丝堵，所述砧子丝堵中部设置有运动连杆密封槽，所述砧子本体外壁上部设置有螺旋环形密封槽，下部凸台处设置有矩形密封槽。
【文档编号】G01M13/00GK205449453SQ201521077654
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月22日
【发明人】刘厚平, 焦如义, 刘艳利, 何将福, 吴益泉, 韩涛
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气管道局