一种研究钻柱动力学特性的实验设备

摘要

本发明涉及一种研究钻柱动力学特性的实验设备，包括主机架、模拟井壁总成、回转总成、圆盘总成、激振总成、称重总成和检测装置。模拟井壁总成包括有机玻璃管、固定夹具和夹具安装板；回转总成设有电机及驱动器、联轴器、细钢柱和顶部安装板，回转总成贯穿整个主机架，圆盘总成包括圆盘和圆筒，圆筒安装在浮动平台上，圆盘在圆筒内做回转运动；激振总成中的激振器按照输入的信号类型对圆盘底部进行激振，以模拟钻头与钻井底部的岩石的相互作用；检测装置包括涡动轨迹和横向振动、纵向振动检测装置。本设备能够模拟检测钻柱的振动和变形情况，并根据动力相似比和几何相似比确定装置的转速和钻压相似比等参数；用于进行模拟和研究钻柱动力学特性。

主权项

一种研究钻柱动力学特性的实验设备，包括主机架、模拟井壁总成、回转总成、圆盘总成、激振总成、称重总成和检测装置；其特征在于：所述的主机架由主框架、角链接件及连接螺栓螺母组成；所述的模拟井壁总成包括有机玻璃管、固定夹具和夹具安装板，有机玻璃管穿过固定夹具并固定在固定夹具中，固定夹具固定在夹具安装板上，夹具安装板通过螺栓螺母安装在主框架上；所述的回转总成包括电机及驱动器、联轴器、细钢柱和顶部安装板，回转总成贯穿整个主机架，顶部安装板通过T型螺栓螺母安装在主框架的顶部，电机安装在顶部安装板上并通过联轴器与细钢柱连接，细钢柱下端与圆盘总成的圆盘连接；所述的圆盘总成包括圆盘和圆筒，圆筒安装在浮动平台上，圆盘的直径小于圆筒的直径，圆盘在圆筒内做回转运动，圆筒和浮动平台通过中部设的开孔与下部的激振器接触，受到下部激振器的激振；所述的激振总成包括激振器、力传感器、信号发生器和信号放大器，信号发生器产生激振信号经由信号放大器输入到激振器中，激振器按照输入的信号类型对圆盘底部进行激振，以模拟钻头与钻井底部的岩石的相互作用，其中力传感器安装在激振器的激振杆上，用于检测激振器产生的激振力；所述的称重总成包括四个直线导轨、直线导轨连接件、浮动平台、支撑板、称重传感器，四个直线导轨竖直均布在主框架上，浮动平台通过直线导轨连接件安装在直线导轨上,且能在直线导轨中上下运动，浮动平台下方安装有支撑板，支撑板的下端连接着称重传感器，用于实时监测施加在细钢柱上的压力大小；所述的检测装置包括涡动轨迹和横向振动检测装置、纵向振动检测装置；所述的涡动轨迹和横向振动检测装置由两个安装在浮动平台上激光位置传感器组成，两个激光位置传感器分别实时监测两个相互垂直方向到圆盘的距离，计算机采集数据之后通过轨迹计算算法，计算出圆盘的涡动轨迹；同时，所述的两个激光位置传感器还测量圆盘在横向上的位置变化，因而也用于检测圆盘的横向振动；所述的纵向振动检测装置由一组电涡流传感器和振动圆盘组成，振动圆盘安装在模拟钻柱的细钢柱上，电涡流传感器安装在夹具安装板上，当模拟钻柱的细钢柱产生纵向振动时，振动圆盘也产生纵向振动，电涡流传感器就产生与纵向振动大小对应的检测信号。