一种螺杆钻具高温环境模拟装置的制作方法

本申请涉及油气钻井工程与非开挖科学钻探技术领域,具体涉及一种螺杆钻具高温环境模拟装置。

背景技术：

动力钻具已成为特殊油气钻井、非开挖岩石破碎以及科学钻探中应用最为广泛的井下工具。随着现代油气资源开发向深部地层迈进，井温引起动力钻具定子橡胶热氧老化问题日益凸显，主要原因是马达在高温环境下长期运转，钻井液不能及时将热量排出，滞留的热量引起橡胶物理化学性质发生改变，出现“烧心”现象，导致橡胶脱落、掉块，堵塞钻头水眼，使马达失去动力。同时，定转子过盈量值的大小、粘黏剂的内部组织也会随温度的升高而变化，严重影响井下钻具的机械效率。因此，分析井温对动力钻具使用性能的影响迫在眉睫。

申请公布号cn105910810a的一种高温螺杆钻具试验台，包括负载系统、水路循环系统、固定安装系统、中央控制系统和钻具加温系统，负载系统包括制动器、减速箱和扭矩传感器，水路循环系统包括分水传动总成、泥浆泵和循环水管路，固定安装系统包括底座、钻具托举机构和尾端夹持机构，钻具加温系统由若干介质加温箱组成，制动器、减速箱、扭矩传感器、分水传动总成、若干介质加温箱、钻具托举机构和尾端夹持机构依次顺序固定连接在底座上，待测试螺杆钻具穿过介质加温箱。本发明的有益效果为，其具有钻具加温系统，该加温系统可真实模拟钻具在井内的实际工况，从而比较真实的测出钻具在高温下的使用性能。

上述一种高温螺杆钻具试验台，高温温度场模拟系统的加热原理为电阻加热，加热时间长、耗电量大、测试数据误差大；同时该高温试验台的温度环境箱仅下部加热，导致对螺杆钻具的加热不均匀，测试数据不准确。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种螺杆钻具高温环境模拟装置。

本申请提供一种螺杆钻具高温环境模拟装置，包括高温模拟装置；高温模拟装置包括高温环境箱；高温环境箱上对应螺杆钻具设有相应的通道；通道一端设有加热装置；加热装置通过鼓风机将热风吹入高温环境箱；高温环境箱上还设有相应的注沙孔、排沙孔和控压阀。

进一步的，高温环境箱包括上箱体和下箱体；上箱体与挤压液压缸连接，可沿垂直于下箱体的方向运动；挤压液压缸位于上箱体远离下箱体的一侧。

进一步的，通道位于上箱体和下箱体的对接处；上箱体和下箱体对应通道分别设有相应的半圆孔。

进一步的，还包括底座；高温模拟装置可滑动安装在底座上，滑动方向与通道的方向相同；通道一端设有夹紧装置；夹紧装置固定安装在底座上；高温模拟装置与夹紧装置之间连接有调位液压缸。

进一步的，底座上还设有夹持装置；夹持装置可滑动安装在底座上，滑动方向与高温模拟装置相同；夹持装置位于高温模拟装置远离夹紧装置的一端。

进一步的，还包括泥浆装置；泥浆装置与螺杆钻具连接，用于为螺杆钻具提供动力；螺杆钻具远离泥浆装置一端还设有负载装置。

进一步的，负载装置为轴向钻压模拟装置；轴向钻压模拟装置包括安装座；安装座上可滑动安装有滑动支架；滑动支架上设有浇筑箱和用于夹紧浇筑箱的固定机构；安装座上沿滑动支架的运动方向还设有相应的推进机构；推进机构固定安装在安装座上；固定机构和推进机构均设有用于检测压力的传感器。

进一步的，固定机构包括呈门型的固定架；浇筑箱位于固定架的内部；固定架的顶部及两侧均设有压紧液压缸；压紧液压缸垂直于浇筑箱相应的端面；推进机构包括垂直于滑动支架运动方向的支撑板；支撑板上对应浇筑箱设有相应的推进液压缸；推进机构与滑动支架之间还连接有相应的推拉液压缸。

进一步的，负载装置为负载模拟传动箱；负载模拟传动箱包括行星齿轮机构和制动机构；行星齿轮机构包括与行星支架连接的输入轴和与太阳轮连接的太阳轴；制动机构包括与太阳轴连接的主齿轮和与主齿轮啮合的多个分齿轮；分齿轮通过转轴连接着用于制动的液压马达；液压马达上设有用于检测扭矩的传感器。

进一步的，行星齿轮机构还包括大齿圈；大齿圈的两侧分别对应行星齿轮机构设有相应的壳体；壳体与大齿圈为固定连接，对应输入轴和太阳轴处设有相应的通孔；壳体远离输入轴一端对应制动机构设有相应的安装套；安装套远离壳体一端设有相应的端盖；端盖上对应太阳轴设有相应的出口。

本申请具有的优点和积极效果是：通过鼓风机可向高温环境箱内出入热风，使螺杆钻具处于高温环境，通过控压阀可确保高温环境箱内处于恒压状态，防止因气压过高导致鼓风机无法正常送风，通过注沙孔可向高温环境箱内注入沙子，使螺杆钻具均匀受热，确保测试数据更加准确。

根据本申请某些实施例提供的技术方案,通过轴向钻压模拟装置可检测螺杆钻具破岩失效的最大轴向压力、扭矩等性能参数；固定机构对浇筑的水泥块进行固定，保证螺杆钻具在钻进过程中不会晃动，推进机构对水泥块沿钻进方向施加压力通过传感器来检测螺杆钻具破岩失效的最大轴向压力、扭矩等性能参数。

通过负载模拟传动箱可以测出螺杆马达的输出扭矩与输出转速；通过将输入轴与螺杆马达的输出端相连，经过行星齿轮机构进行增速降扭，再通过太阳轴输出到主齿轮，主齿轮通过多个分齿轮将扭矩传递到液压马达后，有液压马达实现制动，就可以通过传感器测出螺杆马达的输出扭矩与输出转速。

附图说明

图1为本申请实施例提供的螺杆钻具高温环境模拟装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的螺杆钻具高温环境模拟装置的高温模拟装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的螺杆钻具高温环境模拟装置的钻压模拟装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的螺杆钻具高温环境模拟装置的负载模拟传动箱的结构示意图。

图中所述文字标注表示为：100-高温模拟装置；110-高温环境箱；111-注沙孔；112-排沙孔；113-上箱体；114-下箱体；115-控压阀；120-加热装置；130-鼓风机；140-挤压液压缸；200-底座；300-夹紧装置；310-调位液压缸；400-夹持装置；500-泥浆装置；600-钻压模拟装置；610-安装座；620-滑动支架；630-浇筑箱；640-固定架；641-压紧液压缸；650-支撑板；651-推进液压缸；660-推拉液压缸；700-负载模拟传动箱；710-行星支架；711-输入轴；720-太阳轮；721-太阳轴；730-主齿轮；740-分齿轮；741-转轴；750-液压马达；760-壳体；770-端盖；780-大齿圈。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

请参考图1和图2，本实施例提供一种螺杆钻具高温环境模拟装置，包括高温模拟装置100，高温模拟装置100包括高温环境箱110，高温环境箱110上对应螺杆钻具设有相应的通道，螺杆钻具穿过高温环境箱110对指定位置进行加热；通道的一端设有加热装置120；加热装置120采用高频电磁加热技术，对应螺杆钻具也设有相应的通道；加热装置120远离高温环境箱110一端设有鼓风机130，鼓风机130可将经高频电磁加热装置加热后的空气吹入高温环境箱110中；高温环境箱110上设有控压阀115，鼓风机130持续向高温环境箱110中注入热空气导致高温环境箱110内气压增加，控压阀115可确保高温环境箱110内部保持稳定的气压；高温环境箱110顶部处设有注沙孔111，靠近底部处设有排沙孔112；由于细沙的存在，可保证热空气均匀排布在高温环境箱110内部，直至加热至设定的温度，通过控制器对高温环境箱110进行恒温控制，对螺杆钻具进行高温模拟测试。

在一优选实施例中，高温环境箱110包括上箱体113和下箱体114；上箱体113与挤压液压缸140连接，可沿垂直于下箱体114的方向运动；上箱体113远离下箱体114一端设有平行的安装板，挤压液压缸140垂直安装在安装板上。

在一优选实施例中，通道位于上箱体113和下箱体114的对接处，上箱体113和下箱体114对应通道分别设有相应的半圆孔；上箱体113和下箱体114对接后，两半圆孔对接形成一个圆孔。

在一优选实施例中，还包括底座200，高温模拟装置100可滑动安装在底座200上，滑动方向与通道的方向相同，通道一端设有夹紧装置300，夹紧装置300固定安装在底座200上，夹紧装置300包括夹紧套，夹紧套与通道同心设置，夹紧套由两个半圆套组成，两个半圆套分别与相应的液压缸连接，通过液压缸控制对螺杆钻具进行夹紧或松开；夹紧套远离高温模拟装置100一端对应螺杆钻具还设有相应的支撑架；高温模拟装置100与夹紧装置300之间连接有调位液压缸310；夹紧装置300将螺杆钻具夹紧后，通过调位液压缸310调整与高温模拟装置100之间的距离，使螺杆钻具指定位置位于高温环境箱110处，可有效提高实验数据的准确性。

在一优选实施例中，底座200上还设有夹持装置400，夹持装置400可滑动安装在底座200上，滑动方向与高温模拟装置100的滑动方向相同，夹持装置400位于高温模拟装置100远离夹紧装置300一端，夹持装置400可根据螺杆钻具长度进行滑动调节，确保螺杆钻具保持稳定。

在一优选实施例中，还包括动力源泥浆装置500，泥浆装置500与螺杆钻具连接，位于靠近夹紧装置300一端处；螺杆钻具远离泥浆装置500一端处还设有负载装置。

请进一步参考图3，在一优选实施例中，负载装置为轴向钻压模拟装置600，轴向钻压模拟装置600包括安装座610，安装座610上可滑动安装有滑动支架620，滑动支架620上设有浇筑箱630和用于夹紧浇筑箱630的固定机构；浇筑箱630包括框架和挡板；挡板通过螺栓与框架连接；浇筑箱630内可根据需要浇筑不同密度的水泥块，浇筑完成后，拆除对应螺杆钻具一侧的挡板进行试验；安装座610上沿滑动支架620的运动方向还设有相应的推进机构，推进机构固定安装在安装座610上，固定机构和推进机构均设有用于检测压力的传感器。

在一优选实施例中，固定机构包括呈门型的固定架640，浇筑箱630位于固定架640的内部，固定架640的顶部及两侧均设有压紧液压缸641，压紧液压缸641安装在固定架640上，活塞杆穿过固定架640对浇筑箱630进行压紧；固定架640上对应活塞杆设有相应的圆孔；压紧液压缸641垂直于浇筑箱630相应的端面；推进机构包括垂直于滑动支架620运动方向的支撑板650，支撑板650上对应浇筑箱630设有相应的推进液压缸651；推进机构与滑动支架620之间还连接有相应的推拉液压缸660。

请进一步参考图4，在一优选实施例中，负载装置为负载模拟传动箱700，负载模拟传动箱700包括行星齿轮机构和制动机构；行星齿轮机构包括太阳轮720和大齿圈780，太阳轮720与大齿圈780之间设有多个相应的行星轮；行星轮安装在行星支架710上；行星支架710上还安装有输入轴711；太阳轮720上连接有太阳轴721；制动机构包括与太阳轴721连接的主齿轮730和与主齿轮730啮合的多个分齿轮740；分齿轮740通过转轴741连接着用于制动的液压马达750，液压马达750上设有用于检测扭矩的传感器。

在一优选实施例中，大齿圈780的两侧分别对应行星齿轮机构设有相应的壳体760；壳体760余大齿圈780固定连接，对应输入轴711和太阳轴721处分别设有相应的通孔，壳体760远离输入轴711一端对应制动机构设有相应的安装套；安装套与对应太阳轴721的通孔同轴设置，安装套远离壳体760一端设有相应的端盖770；转轴741安装在壳体760与端盖770之间；主齿轮730和分齿轮740都位于壳体760与端盖770之间；液压马达750安装在端盖770远离壳体760一侧；端盖770上对应太阳轴721也设有相应的出口。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。