一種立式動載套管磨損試驗的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種立式動載套管磨損試驗機，包括：加載系統，包含前支座、后支座、導軌部及彈性移動部，導軌部包括直軌，直軌連接于前支座及后支座之間，彈性移動部能移動的套設在直軌上；旋轉系統，設有旋轉電機，旋轉電機通過電機支架固定在彈性移動部上，其下端的輸出軸向下依次連接有聯軸器、扭矩傳感器及鉆桿部；激振系統，包括激振電機及偏心轉動部，激振電機通過電機安裝架固定在前支座上，偏心轉動部能轉動的穿設于前支座上的通孔；裝夾系統，位于導軌部的下側，其設有中空的泥漿槽、平臺部及升降機；機架，包括底座及多個設置在底座上的前立柱、中部立柱及后立柱。本發明采用立式設計結構，實現對套管與鉆桿接頭之間多種磨損工況的模擬。
【專利說明】一種立式動載套管磨損試驗機
【技術領域】
[0001]本發明屬于石油開采領域，具體而言，涉及一種立式動載套管磨損試驗機。
【背景技術】
[0002]油氣井鉆探過程中，鉆桿接頭與套管的磨損是一種典型的桿-套磨損，這種磨損導致用于隔離巖層和支撐井壁的套管壁厚減薄、強度降低，造成鉆井過程中的安全隱患，對鉆井效率產生了影響。據相關數據統計表明，由于套管磨損直接帶來的經濟損失高達十億美元以上。管套磨損在中國鉆井工程中已成為一個急需解決的重大技術問題。但是在實際鉆井過程中，由于管套都位于在深井、超深井之中，這對現場觀測及現場試驗帶了困難，所以大多數情形下我們只有通過在實驗室進行模擬研究管套磨損的情況。為了對各種復雜工況下磨損機理進行深入的研究，尤其能夠產生徑向沖擊與滑動復合工況的模擬條件，從而對深井及超深井石油套管磨損規律有一個更全面的研究，并為評價各種防磨技術性能提供基礎試驗手段。
[0003]目前，利用全尺寸鉆桿試樣與套管試樣來研究鉆桿與套管磨損機理的典型實驗裝置有滑臺式套管磨損試驗機，然而，該磨損試驗機中，鉆桿試樣與套管試樣采用臥式磨損方位，與現實工況中立式磨損方位不符；其利用皮帶的傳遞作用來帶動鉆桿的旋轉，且利用零部件的自重作為回復力，對鉆桿與套管之間的摩擦產生影響，工作狀況不穩定；由于采用臥式方位，其泥漿槽能夠維持的液面高度不能實現鉆桿試樣與套管試樣接觸區的充分潤滑；鉆桿試樣與套管試樣不能完成軸向的相對運動，因而無法模擬現實工況中鉆桿向下的運動。
[0004]有鑒于此，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生產設計經驗，研制出一種立式動載套管磨損試驗機，以期解決現有技術存在的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是在于提供一種立式動載套管磨損試驗機，其采用立式設計結構，更符合實際鉆井過程中鉆桿與套管摩擦結構方位，實現了對套管與鉆桿接頭之間多種磨損工況的模擬，其旋轉系統及激振系統的自重完全由機架來承載，不會對試驗產生不良影響，克服了現有技術的缺陷。
[0006]為此，本發明提出一種立式動載套管磨損試驗機，其包括:
[0007]一加載系統，包括有一前支座、一后支座、一導軌部及一彈性移動部，所述導軌部包括兩沿水平方向并列設置的直軌，所述直軌連接于所述前支座及后支座之間，所述彈性移動部能移動的套設在兩所述直軌上，其前側與一碰撞桿的后端上螺接的碰撞鎖母相接觸，其后側與所述后支座相接觸，所述碰撞桿能移動的設置在所述前支座上；
[0008]一旋轉系統，其設有一旋轉電機，所述旋轉電機通過一電機支架固定在所述彈性移動部上，其下端的輸出軸向下依次連接有聯軸器、扭矩傳感器及鉆桿部，所述鉆桿部能轉動的穿設于所述彈性移動部上的定位孔，其下端設有一供裝設轉桿試樣的組設部；[0009]—激振系統,其包括有一激振電機及一偏心轉動部，所述激振電機通過一電機安裝架固定在所述前支座上，所述偏心轉動部能轉動的穿設于所述前支座上的通孔，其上端與所述激振電機下端的輸出軸相連接，其下端頭套設固定有一下軸承，所述下軸承與所述碰撞桿的?υ端相接觸；
[0010]一裝夾系統，位于所述導軌部的下側，其設有一中空的泥漿槽、一平臺部及一升降機，所述泥漿槽固定在所述平臺部上，其上端為開口端，所述泥漿槽的側壁上設有一供夾持套管試樣的夾持部，所述升降機的上端與所述平臺部相連接，在所述平臺部上行時，所述鉆桿部的下端能凸伸至所述泥漿槽中；
[0011]一機架,包括一底座，所述底座上設置有多個前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后兩側對應安裝在所述前立柱及中部立柱上，所述后支座固定在所述后立柱上，其中，所述平臺部的前側、后側分別設有前側豎向滑套及后側豎向滑套，所述前豎向滑套與后側豎向滑套對應套設在所述中部立柱及后立柱上，所述升降機固定在所述底座上。
[0012]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述鉆桿部包括有一連接短節及一鉆桿連接頭，所述鉆桿連接頭能轉動的對應穿設于所述定位孔，其上端通過所述連接短節與所述扭矩傳感器相連接；
[0013]其中，所述鉆桿連接頭上間隔套設固定有一圓錐滾子軸承及一滾柱軸承，所述圓錐滾子軸承及滾柱軸承對應嵌設固定于所述定位孔的上端口及下端口；
[0014]其中，所述組設部包括一環部及一鉆桿試樣擋片，所述環部凸設在所述鉆桿連接頭的外側面上，并靠近所述鉆桿連接頭的下端，所述鉆桿試樣擋片通過螺釘連接在所述鉆桿接頭的下端面上，其外徑大于所述鉆桿連接頭的外徑，所述環部與所述鉆桿試樣擋片之間形成一供裝設所述鉆桿試樣的凹環。
[0015]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述偏心轉動部包括有一偏心輪軸及一偏心輪，所述偏心輪軸的上端與所述激振電機的輸出軸相連接，其下端套設固定有所述偏心輪，所述下軸承套設在所述偏心輪上；
[0016]其中，所述偏心輪的外側凸設有一止擋環，所述止擋環相鄰于所述下軸承的上側，所述偏心輪上另套設有一下軸套，所述下軸套相鄰于所述下軸承的下側，其與所述偏心輪之間通過彈簧卡圈卡接固定；
[0017]其中，所述偏心輪軸能轉動的對應穿設于所述通孔，其外側由上至下依次套設有一上軸套及一上軸承，所述上軸套的上端與所述偏心輪軸外側凸設的環肩接觸，其下端則與所述上軸承相鄰，所所述上軸承則嵌設固定在所述通孔處。
[0018]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述彈性移動部包括有一電機安裝滑塊、兩彈性部及一推板，所述定位孔位于所述電機安裝滑塊上，所述電機安裝滑塊的兩相對側分別設有套接孔，各所述套接孔與各所述直軌相對應，且所述套接孔中嵌設有一滑套，所述電機安裝滑塊通過所述滑套對應套設在兩所述直軌上，所述推板與所述后支座相鄰，其能移動套設在兩所述直軌上，兩所述彈性部則對應套設在兩所述直軌上，各所述彈性部的兩端對應與所述電機安裝滑塊及所述推板相連接；
[0019]其中，所述電機安裝滑塊的前側與所述碰撞桿上的所述碰撞鎖母相接觸，所述旋轉系統的電機支架固定在所述電機安裝滑塊上，所述旋轉電機則呈豎向固定在所述電機支架上，所述前支座上另安裝有一激光位移傳感器，所述激光位移傳感器相鄰于所述碰撞桿的一側。
[0020]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述彈性部包一彈簧、一前側彈簧護套及一后側彈簧護套，所述彈簧的兩端對應嵌設固定在所述前側彈簧護套及后側彈簧護套中，所述前側彈簧護套及后側彈簧護套分別能移動的套設在所述直軌上，所述前側彈簧護套與所述電機安裝滑塊的后側面相連接，所述后側彈簧護套與所述推板相連接。
[0021]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述后支座上設有一調距機構，所述調距機構包括有一基座、一絲桿及一手動扳手，所述基座位于所述后支座上，其設有一螺紋孔，所述絲杠螺接于所述螺紋孔，其前端與所述推板相接觸，其后端連接有所述手動扳手。
[0022]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述推板上另設有一壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述絲桿的位置相對，所述絲桿的前端對應與所述壓力傳感器相接觸。
[0023]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，所述平臺部包括有一上平臺及一下平臺，所述泥漿槽固定在所述下平臺上，所述上平臺套設固定在所述泥漿槽的上端處，所述上平臺與下平臺之間的前側及后側對應通過所述前側豎向滑套及后側豎向滑套相連接，所述升降機的上端則與所述下平臺相連接；
[0024]其中，所述夾持部包括多個頂絲及多個螺孔，各所述螺孔沿周向均布在所述泥漿槽的側壁上，各所述頂絲對應螺接在各所述螺孔處。
[0025]如上所述的立式動載套管磨損試驗機，其中，另設有一泥漿循環系統，所述泥漿循環系統包括有一泥漿泵、一泥漿桶及一流量計，所述流量計安裝在所述泥漿桶的出口上，所述泥漿槽的底端設有一出口部，所述出口部上安裝有節流閥，其中，所述泥漿泵的輸入口與所述流量計之間、所述泥漿泵的輸出口與所述出口部之間、所述泥漿槽的開口端與所述泥漿桶的入口之間分別通過一注漿管線相連接。
[0026]本發明的立式動載套管磨損試驗機，采用立式設計結構，使得鉆桿與套管的摩擦時的方位更貼切實際鉆井過程中鉆桿與套管作業的方位，從而為開展深井超深井的套管磨損試驗研究奠定了可靠基礎。
[0027]在本發明中，利用旋轉系統的旋轉電機直接帶動其下端的鉆桿試樣旋轉，并利用激振系統的偏心輪以及加載系統的彈簧回復力的共同作用，來實現鉆桿試樣的往復式運動，從而模擬存在高密度鉆井液介質潤滑條件時，鉆桿外壁與套管內壁之間以恒定加載、脈動加載或沖擊加載工況下的套管磨損狀況，實現了對套管與鉆桿接頭之間多種磨損工況的模擬。
[0028]在本發明中，通過調節泥漿槽上的節流閥，能控制泥漿槽中泥漿液的液面的高低，實現全面潤滑鉆桿試樣與套管試樣接觸區間的效果；通過升降機帶動泥漿槽及套管試樣上下運動，還能模擬現實鉆井過程中鉆桿向下的運動。
[0029]總之，本發明提出的立式動載套管磨損試驗機，既可以為深入研究鉆桿與套管的磨損行為提供一種實驗手段，又可以為鉆桿與套管之間防磨損技術提供評價手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中:
[0031]圖1為本發明的立式動載套管磨損試驗機的立體結構示意圖。[0032]圖2為本發明的立式動載套管磨損試驗機的平面示意圖。
[0033]圖3為本發明的立式動載套管磨損試驗機的另一立體示意圖，圖中未示出泥漿循環系統。
[0034]圖4為本發明中泥漿循環系統與泥漿槽連接的局部立體示意圖。
[0035]圖5為本發明中加載系統的組成結構仰視圖。
[0036]圖6為本發明中旋轉系統的組成結構示意圖。
[0037]圖7為本發明中旋轉系統的組成結構剖視圖。
[0038]圖8為本發明中激振系統的剖視圖。
[0039]圖9為本發明中加載系統與激振系統的連接示意圖。
[0040]圖10為本發明中泥漿槽的外觀示意圖。
[0041]圖1la為套管試樣放置于泥漿槽的使用參考立體示意圖，圖示出套管試樣呈偏心設置在泥漿槽中。
[0042]圖1lb為套管試樣放置于泥衆槽的使用參考剖面圖。
[0043]圖1lc為沿圖1lb中A-A線的剖視圖。
[0044]主要元件標號說明:
[0045]I 加載系統 11 前支座
[0046]111 通孔 112 激光位移傳感器
[0047]12 后支座 13 導軌部
[0048]131 直軌 14 彈性移動部
[0049]140 定位孔 141 電機安裝滑塊
[0050]1411 滑套 142 彈性部
[0051]1421 彈簧 1422 前側彈簧護套
[0052]1423 后側彈簧護套
[0053]143 推板 15 碰撞桿
[0054]151 碰撞鎖母 16 調距機構
[0055]161 基座 162 絲桿
[0056]163 手動扳手 17 壓力傳感器
[0057]2 旋轉系統 21 旋轉電機
[0058]211 輸出軸
[0059]22 電機支架 23 聯軸器
[0060]24 扭矩傳感器25 鉆桿部
[0061]251 連接短節 252 鉆桿連接頭
[0062]2521 環部 253 鉆桿試樣擋片
[0063]254 螺釘 255 凹環
[0064]26 圓錐滾子軸承27 滾柱軸承
[0065]3 激振系統 31 激振電機
[0066]311 輸出軸 32 偏心轉動部
[0067]321 偏心輪軸 3211 環肩
[0068]322 偏心輪 3221 止擋環[0069]33電機安裝架34下軸承
[0070]35下軸套351彈簧卡圈
[0071]36上軸套37上軸承
[0072]4裝夾系統 41泥漿槽
[0073]411開口端412螺孔
[0074]413出口部414節流閥
[0075]42平臺部421上平臺
[0076]422下平臺43升降機
[0077]44前側豎向滑套
[0078]45后側豎向滑套46頂絲
[0079]5機架51 底座
[0080]52前立柱53中部立柱
[0081]54后立柱6泥漿循環系統
[0082]61泥漿泵62泥漿桶
[0083]63流量計64注漿管線
【具體實施方式】
[0084]本發明提供一種立式動載套管磨損試驗機，包括:一加載系統，包括有一前支座、一后支座、一導軌部及一彈性移動部，所述導軌部包括兩沿水平方向并列設置的直軌，所述直軌連接于所述前支座及后支座之間，所述彈性移動部能移動的套設在兩所述直軌上，其前側與一碰撞桿的后端上螺接的碰撞鎖母相接觸，其后側與所述后支座相接觸，所述碰撞桿能移動的設置在所述前支座上；一旋轉系統，其設有一旋轉電機，所述旋轉電機通過一電機支架固定在所述彈性移動部上，其下端的輸出軸向下依次連接有聯軸器、扭矩傳感器及鉆桿部，所述鉆桿部能轉動的穿設于所述彈性移動部上的定位孔，其下端設有一供裝設轉桿試樣的組設部；一激振系統，其包括有一激振電機及一偏心轉動部，所述激振電機通過一電機安裝架固定在所述前支座上，所述偏心轉動部能轉動的穿設于所述前支座上的通孔，其上端與所述激振電機下端的輸出軸相連接，其下端頭套設固定有一下軸承，所述下軸承與所述碰撞桿的前端相接觸；一裝夾系統，位于所述導軌部的下側，其設有一中空的泥漿槽、一平臺部及一升降機，所述泥漿槽固定在所述平臺部上，其上端為開口端，所述泥漿槽的側壁上設有一供夾持套管試樣的夾持部，所述升降機的上端與所述平臺部相連接，在所述平臺部上行時，所述鉆桿部的下端能凸伸至所述泥漿槽中；一機架，包括一底座，所述底座上設置有多個前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后兩側對應安裝在所述前立柱及中部立柱上，所述后支 座固定在所述后立柱上，其中，所述平臺部的前側、后側分別設有前側豎向滑套及后側豎向滑套，所述前豎向滑套與后側豎向滑套對應套設在所述中部立柱及后立柱上，所述升降機固定在所述底座上。
[0085]本發明的立式動載套管磨損試驗機，其采用立式設計結構，更符合實際鉆井過程中鉆桿與套管摩擦結構方位，實現了對套管與鉆桿接頭之間多種磨損工況的模擬，其旋轉系統及激振系統的自重完全由機架來承載，不會對試驗產生不良影響，克服了現有技術的缺陷。[0086]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明提出的立式動載套管磨損試驗機的【具體實施方式】、結構、特征及功效，詳細說明如后。另外，通過【具體實施方式】的說明，當可對本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。
[0087]圖1為本發明的立式動載套管磨損試驗機的立體結構示意圖。圖2為本發明的立式動載套管磨損試驗機的平面示意圖。圖3為本發明的立式動載套管磨損試驗機的另一立體示意圖，圖中未示出泥漿循環系統。圖4為本發明中泥漿循環系統與泥漿槽連接的局部立體示意圖。圖5為本發明中加載系統的組成結構仰視圖。圖6為本發明中旋轉系統的組成結構示意圖。圖7為本發明中旋轉系統的組成結構剖視圖。圖8為本發明中激振系統的剖視圖。圖9為本發明中加載系統與激振系統的連接示意圖。圖10為本發明中泥漿槽的外觀示意圖。圖1la為套管試樣放置于泥漿槽的使用參考立體示意圖，圖示出套管試樣呈偏心設置在泥漿槽中。圖1lb為套管試樣放置于泥漿槽的使用參考剖面圖。圖1lc為沿圖1lb中A-A線的剖視圖。
[0088]如圖1至圖3所示，本發明提出的立式動載套管磨損試驗機，包括一加載系統1、一旋轉系統2、一激振系統3、一裝夾系統4及一機架5,其中:
[0089]請參見圖5,所述加載系統I包括有一前支座11、一后支座12、一導軌部13及一彈性移動部14，所述導軌部13包括兩沿水平方向并列設置的直軌131，所述直軌131連接于所述前支座11及后支座12之間,所述彈性移動部14能移動的套設在兩所述直軌131上，其前側與一碰撞桿15的后端上螺接的碰撞鎖母151相接觸，其后側與所述后支座12相接觸，所述碰撞桿15能移動的設置在所述前支座11上，如圖所示，優選的實施方式中，是在所述前支座11上設置一樞接塊，所述碰撞桿15能移動的穿設于該樞接塊，且所述直軌131的前端連接在該樞接塊上；
[0090]如圖6至圖7所示，所述旋轉系統2設有一旋轉電機21，所述旋轉電機21通過一電機支架22固定在所述彈性移動部14上，其下端的輸出軸211向下依次連接有聯軸器23、扭矩傳感器24及鉆桿部25，所述鉆桿部25能轉動的穿設于所述彈性移動部14上的定位孔140，其下端設有一供裝設轉桿試樣71的組設部，在實際應用中，當鉆桿試樣在旋轉電機21的驅動下旋轉時，其還能隨旋轉電機21與彈性移動部14 一同沿橫向往復移動，滿足了多樣化的試驗要求,其中，扭矩傳感器24可以在線監測套管試樣與鉆桿試樣摩擦過程中鉆桿部的扭矩值；
[0091]請參見圖8，所述激振系統3包括有一激振電機31及一偏心轉動部32，所述激振電機31通過一電機安裝架33固定在所述前支座11上，所述偏心轉動部32能轉動的穿設于所述前支座11上的通孔111，其上端與所述激振電機31下端的輸出軸311相連接，其下端頭套設固定有一下軸承34，所述下軸承34與所述碰撞桿15的前端相接觸；
[0092]所述裝夾系統4，位于所述導軌部13的下側，其設有一中空的泥漿槽41、一平臺部42及一升降機43，所述泥漿槽41固定在所述平臺部42上，其上端為開口端411，所述泥漿槽41的側壁上設有一供夾持套管試樣72的夾持部，在所述平臺部42上行時，所述鉆桿部25的下端能凸伸至所述泥漿槽41中，所述升降機43的上端與所述平臺部42相連接；
[0093]所述機架5包括一底座51，所述底座51上設置有多個前立柱52、中部立柱53及后立柱54，所述前支座11的前后兩側對應安裝在所述前立柱52及中部立柱53上，所述后支座12固定在所述后立柱54上，其中，所述平臺部42的前側、后側分別設有前側豎向滑套44及后側豎向滑套45，所述前豎向滑套44與后側豎向滑套45對應套設在所述中部立柱53及后立柱54上，所述升降機43固定在所述底座51上，其中，在具體工作時，還可分別在中部立柱53及后立柱54的外表面間隔設置上行止線、下行止線，使平臺部只在上行止線與下行止線之間沿垂向移動，防止平臺部向上移動過高破壞旋轉系統及向下移動過低破壞升降機。另外，為提高底座51的穩定性，還可在底座的四角上分別安裝地腳511。
[0094]如圖7所示，所述鉆桿部25包括有一連接短節251及一鉆桿連接頭252，所述鉆桿連接頭252能轉動的對應穿設于所述定位孔140，其上端通過所述連接短節251與所述扭矩傳感器24相連接；
[0095]其中，所述鉆桿連接頭252上間隔套設固定有一圓錐滾子軸承26及一滾柱軸承27，所述圓錐滾子軸承26及滾柱軸承27對應嵌設固定于所述定位孔140的上端口及下端口，在激振系統2通過碰撞桿15及彈性移動部14對旋轉系統2撞擊的時候，圓錐滾子軸承26和滾柱軸承27保證整個旋轉系統I始終處于豎直狀態，避免旋轉系統2中旋轉電機21的輸出軸、連接短節及鉆桿連接頭折斷，從而對旋轉系統2起到良好的保護作用，而且所述圓錐滾子軸承26還能將其上方零部件的重量傳遞到彈性移動部14上；
[0096]其中，所述組設部包括一環部2521及一鉆桿試樣擋片253，所述環部2521凸設在所述鉆桿連接頭252的外側面上，并靠近所述鉆桿連接頭252的下端，所述鉆桿試樣擋片253通過螺釘254連接在所述鉆桿接頭252的下端面上，其外徑大于所述鉆桿連接頭252的外徑，所述環部2521與所述鉆桿試樣擋片253之間形成一供裝設所述鉆桿試樣的凹環255。
[0097]其中，優選聯軸器23與旋轉電機21的輸出軸、扭矩傳感器24之間分別通過鍵槽配合的方式相連接，所述連接短節251與鉆桿連接頭252之間銷接固定，上述鍵槽配合以及銷配合，能避免旋轉系統2的各個零部件發生相對轉動，而且所述的銷配合還起到防止零部件脫落的作用。
[0098]請參見圖8，所述偏心轉動部32包括有一偏心輪軸321及一偏心輪322，所述偏心輪軸321的上端與所述激振電機31的輸出軸311相連接，其下端套設固定有所述偏心輪322，所述下軸承34套設在所述偏心輪322上；
[0099]所述偏心輪322的外側凸設有一止擋環3221，所述止擋環3221相鄰于所述下軸承34的上側，所述偏心輪322上另套設有一下軸套35，所述下軸套35相鄰于所述下軸承34的下側，其與所述偏心輪322之間通過彈簧卡圈351卡接固定；
[0100]其中，所述偏心輪軸321能轉動的對應穿設于所述通孔111，其外側由上至下依次套設有一上軸套36及一上軸承37，所述上軸套36的上端與所述偏心輪軸321外側凸設的環肩3211接觸，其下端則與所述上軸承37相鄰，所述偏心輪軸321能轉動的對應穿設于所述通孔111，所述上軸承37則嵌設固定在所述通孔111處。
[0101]具體應用時，優選所述偏心輪軸321的上、下兩端分別與激振電機31的輸出軸311和偏心輪322以銷接配合的方式連接，另外，所述激振系統3的電機安裝架33固定在所述前支座11上，所述電機安裝架33呈豎向固定在所述前支座11上，激振系統3的重量則通過電機安裝架33的傳遞作用加載在前支座11上(如圖9所示)。
[0102]較佳地，如圖5所示，所述彈性移動部14包括有一電機安裝滑塊141、兩彈性部142及一推板143，所述定位孔140位于所述電機安裝滑塊141上，所述電機安裝滑塊141的兩相對側分別設有套接孔(圖中未標示)，各所述套接孔與各所述直軌121相對應，且所述套接孔中嵌設有一滑套1411，所述電機安裝滑塊141通過所述滑套1411對應套設在兩所述直軌131上，所述推板142與所述后支座12相鄰，其能移動套設在兩所述直軌131上，兩所述彈性部142則對應套設在兩所述直軌131上，各所述彈性部142的兩端對應與所述電機安裝滑塊141及所述推板143相連接；
[0103]其中，所述電機安裝滑塊141的前側與所述碰撞桿15上的所述碰撞鎖母151相接觸，所述旋轉系統2的電機支架22固定在所述電機安裝滑塊141上，所述旋轉電機21則呈豎向固定在所述電機支架22上，所述前支座11上另安裝有一激光位移傳感器112，所述激光位移傳感器112相鄰于所述碰撞桿15的一側。由此，所述電機支架22的上、下兩端分別與旋轉電機21和電機安裝滑塊141配合，其起到承載旋轉電機21重量的作用；而通過設置激光位移傳感器，能夠對旋轉系統2橫向的往復式運動的位移量進行在線監測。
[0104]更進一步地，所述彈性部142包括一彈簧1421、一前側彈簧護套1422及一后側彈簧護套1423，所述彈簧1421的兩端對應嵌設固定在所述前側彈簧護套1422及后側彈簧護套1423中，所述前側彈簧護套1422及后側彈簧護套1423分別能移動的套設在所述直軌13上，所述前側彈簧護套1422與所述電機安裝滑塊141的后側面相連接，所述后側彈簧護套1423與所述推板143相連接。
[0105]其中，所述后支座12上設有一調距機構16，所述調距機構16包括有一基座161、一絲桿162及一手動扳手163，所述基座161位于所述后支座12上，其設有一螺紋孔(圖中未標示)，所述絲杠162螺接于所述螺紋孔，其前端與所述推板143相接觸，其后端連接有所述手動板手163。
[0106]進一步地，所述推板143上另設有一壓力傳感器17，所述壓力傳感器17與所述絲桿162的位置相對，所述絲桿162的前端對應與所述壓力傳感器17相接觸。如此，手動扳手163給彈性移動部加載的水平預緊力，其力的大小值可以通過壓力傳感器17準確的讀出來。
[0107]請一并參見圖1-圖3，所述平臺部42包括有一上平臺421及一下平臺422，所述泥漿槽41可通過螺接等方式，固定在所述下平臺422上，所述上平臺421套設固定在所述泥漿槽41的上端處，所述上平臺421與下平臺422之間的前側及后側對應通過所述前側豎向滑套44及后側豎向滑套45相連接，所述升降機43的上端則與所述下平臺422相連接；
[0108]其中，請參見圖10、圖1lb及圖lie,所述夾持部包括多個頂絲46及多個螺孔412,各所述螺孔412沿周向均布在所述泥漿槽41的側壁上，各所述頂絲46對應螺接在各所述螺孔412處。
[0109]如圖4所示，另設有一泥漿循環系統6，所述泥漿循環系統6包括有一泥漿泵61、一泥漿桶62及一流量計63，所述流量計63安裝在所述泥漿桶62的出口上，所述泥漿槽41的底端設有一出口部413，所述出口部413上安裝有節流閥414，以對泥漿流量進行控制，其中，所述泥漿泵61的輸入口與所述流量計63之間、所述泥漿泵61的輸出口與所述出口部413之間、所述泥漿槽41的開口端411與所述泥漿桶62的入口之間分別通過一注漿管線64 (比如，金屬管道、塑料軟管等)相連接。在具體工作時，能將泥漿槽41、泥漿泵61及泥漿桶62之間形成一個循環的體系，從而形成流量可調的多相介質潤滑系統，所述流量計可以用于在線監測流量。由于該泥漿循環系統構在的各部件均為公知結構，因此，此處不再對其結構進行詳細描述。
[0110]另外，還可在泥漿桶62上，通過法蘭固定連接有一個攪拌電機65，通過攪拌電機下端連接的葉片的旋轉，使泥漿桶中的高密度泥漿均勻分布，以達到更好的使用效果。
[0111]如圖5所示，在具體使用時，通過該碰撞桿15的后端上螺接碰撞螺母151，以通過碰撞鎖母151與彈性移動部14 (即電機安裝滑塊141)相配合，并且通過旋轉碰撞鎖母151，能調整碰撞桿15前端與偏心輪322近心點的距離，進而設定激振系統3沖擊的振幅大小，而碰撞鎖母151則始終與電機安裝滑塊141緊貼。
[0112]本發明提出的立式動載套管磨損試驗機，在實際使用中，預先將鉆桿試樣71套設固定在鉆桿連接頭252下端的凹環255處，并將套管試樣72放置在泥漿槽41中，通過頂絲46在螺孔412中的螺進，頂抵于套管試樣72的外側面，以將套管試樣固定，其中，可調節各頂絲46伸入泥漿槽41內的長度，將套管試樣與泥漿槽設置呈同心或偏心(如圖1la-圖1lc所示)設置，以滿足不同的實驗需要，再通過升降機43調節泥漿槽41的高度，使鉆桿試樣位于泥漿槽41中的套管試樣中，與此同時，轉動手動扳手163，利用絲杠162給推板143施加一定的預緊力，以通過彈簧1422推動電機安裝滑塊141移動，使旋轉系統2下端安裝的鉆桿試樣71與夾持在泥漿槽41中的套管試樣72的一側(圖1la中左側)緊密接觸在一起，模擬了實際鉆井中套管固定不動、鉆桿旋轉摩擦套管的初始狀態，當啟動旋轉系統2及激振系統3時，就可以進行磨損實驗；
[0113]隨后，通過泥漿循環系統6，向泥漿槽41中注入泥漿液，以對套管試樣潤滑，同時須注意控制節流閥414的開度，確保泥漿槽中的注入的泥漿液適量，避免泥漿液從泥漿槽41內溢出或飛濺；分別啟動旋轉系統2的旋轉電機21及激振系統3的激振電機31，一方面，旋轉電機21通過聯軸器23、扭矩傳感器24以及鉆桿連接頭252的旋轉，帶動鉆桿試樣轉動，以與套管試樣的內側壁做旋轉摩擦動作，另一方面，激振電機31帶動偏心輪322轉動，使偏心輪322上的下軸承34旋轉，利用偏心輪322的結構特點可知，下軸承34做偏心轉動，進而通過碰撞桿15推動電機安裝滑塊141，使得電機安裝滑塊141在其兩側的偏心輪322及彈簧1421的共同作用下，能沿直軌131做往復移動，繼而使得旋轉電機21連帶鉆桿試樣隨之往復移動，也即，激振系統3通過碰撞桿15對旋轉系統2進行撞擊，使鉆桿試樣與套管試樣在相對轉動磨損的同時，受到橫向的撞擊作用，模擬了現實工況中鉆桿與套管磨損在受到激振的效果，由此，鉆桿試樣隨著旋轉電機21的帶動下，在套管試樣內部豎直旋轉，同時在偏心輪322及彈簧1421的共同作用下往復移動，對套管試樣的內壁施加往復式沖擊作用，從而模擬鉆桿鉆桿接頭外壁與套管內壁之間的磨損狀況。
[0114]另外，在實驗過程中，還可通過控制激振電機31的轉速，調節鉆桿試樣的橫向振動頻率；利用升降機的升降動作，帶動泥漿槽中的套管試樣上下運動，模擬了現實鉆井過程中鉆桿向下的運動；在不啟動激振系統的激振電機時，還可僅通過旋轉電機帶動鉆桿試樣旋轉，以進行靜接觸載荷和脈動接觸載荷的套管磨損試驗。
[0115]總之，本發明提出的立式動載套管磨損試驗機，能實現了對套管與鉆桿接頭之間多種磨損工況的模擬，既可以為深入研究鉆桿與套管的磨損行為提供一種實驗手段，又可以為鉆桿與套管之間防磨損技術提供評價手段。
[0116]以上所述僅為本發明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述立式動載套管磨損試驗機包括: 一加載系統，包括有一前支座、一后支座、一導軌部及一彈性移動部，所述導軌部包括兩沿水平方向并列設置的直軌，所述直軌連接于所述前支座及后支座之間，所述彈性移動部能移動的套設在兩所述直軌上，其前側與一碰撞桿的后端上螺接的碰撞鎖母相接觸，其后側與所述后支座相接觸，所述碰撞桿能移動的設置在所述前支座上； 一旋轉系統，其設有一旋轉電機，所述旋轉電機通過一電機支架固定在所述彈性移動部上，其下端的輸出軸向下依次連接有聯軸器、扭矩傳感器及鉆桿部，所述鉆桿部能轉動的穿設于所述彈性移動部上的定位孔，其下端設有一供裝設轉桿試樣的組設部； 一激振系統，其包括有一激振電機及一偏心轉動部，所述激振電機通過一電機安裝架固定在所述前支座上，所述偏心轉動部能轉動的穿設于所述前支座上的通孔，其上端與所述激振電機下端的輸出軸相連接，其下端頭套設固定有一下軸承，所述下軸承與所述碰撞桿的前端相接觸； 一裝夾系統，位于所述導軌部的下側，其設有一中空的泥漿槽、一平臺部及一升降機，所述泥漿槽固定在所述平臺部上，其上端為開口端，所述泥漿槽的側壁上設有一供夾持套管試樣的夾持部，所述升降機的上端與所述平臺部相連接，在所述平臺部上行時，所述鉆桿部的下端能凸伸至所述泥漿槽中； 一機架，包括一底座，所述底座上設置有多個前立柱、中部立柱及后立柱，所述前支座的前后兩側對應安裝在所述前立柱及中部立柱上，所述后支座固定在所述后立柱上，其中，所述平臺部的前側、后側分別設有前側豎向滑套及后側豎向滑套，所述前豎向滑套與后側豎向滑套對應套設在所述中部立柱及后立柱上，所述升降機固定在所述底座上。
2.如權利要求1所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述鉆桿部包括有一連接短節及一鉆桿連接頭，所述鉆桿連接頭能轉動的對應穿設于所述定位孔，其上端通過所述連接短節與所述扭矩傳感器相連接； 其中，所述鉆桿連接頭上間隔套設固定有一圓錐滾子軸承及一滾柱軸承，所述圓錐滾子軸承及滾柱軸承對應嵌設固定于所述定位孔的上端口及下端口 ； 其中，所述組設部包括一環部及一鉆桿試樣擋片，所述環部凸設在所述鉆桿連接頭的外側面上，并靠近所述鉆桿連接頭的下端，所述鉆桿試樣擋片通過螺釘連接在所述鉆桿接頭的下端面上，其外徑大于所述鉆桿連接頭的外徑，所述環部與所述鉆桿試樣擋片之間形成一供裝設所述鉆桿試樣的凹環。
3.如權利要求1所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述偏心轉動部包括有一偏心輪軸及一偏心輪，所述偏心輪軸的上端與所述激振電機的輸出軸相連接，其下端套設固定有所述偏心輪，所述下軸承套設在所述偏心輪上； 其中，所述偏心輪的外側凸設有一止擋環，所述止擋環相鄰于所述下軸承的上側，所述偏心輪上另套設有一下軸套，所述下軸套相鄰于所述下軸承的下側，其與所述偏心輪之間通過彈簧卡圈卡接固定； 其中，所述偏心輪軸能轉動的對應穿設于所述通孔，其外側由上至下依次套設有一上軸套及一上軸承，所述上軸套的上端與所述偏心輪軸外側凸設的環肩接觸，其下端則與所述上軸承相鄰，所所述上軸承則嵌設固定在所述通孔處。
4.如權利要求2所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述偏心轉動部包括有一偏心輪軸及一偏心輪，所述偏心輪軸的上端與所述激振電機的輸出軸相連接，其下端套設固定有所述偏心輪，所述下軸承套設在所述偏心輪上； 其中，所述偏心輪的外側凸設有一止擋環，所述止擋環相鄰于所述下軸承的上側，所述偏心輪上另套設有一下軸套，所述下軸套相鄰于所述下軸承的下側，其與所述偏心輪之間通過彈簧卡圈卡接固定； 其中，述偏心輪軸能轉動的對應穿設于所述通孔，其外側由上至下依次套設有一上軸套及一上軸承，所述上軸套的上端與所述偏心輪軸外側凸設的環肩接觸，其下端則與所述上軸承相鄰，所所述上軸承則嵌設固定在所述通孔處。
5.如權利要求1至4任一項所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述彈性移動部包括有一電機安裝滑塊、兩彈性部及一推板，所述定位孔位于所述電機安裝滑塊上，所述電機安裝滑塊的兩相對側分別設有套接孔，各所述套接孔與各所述直軌相對應，且所述套接孔中嵌設有一滑套，所述電機安裝滑塊通過所述滑套對應套設在兩所述直軌上，所述推板與所述后支座相鄰，其能移動套設在兩所述直軌上，兩所述彈性部則對應套設在兩所述直軌上，各所述彈性部的兩端對應與所述電機安裝滑塊及所述推板相連接； 其中，所述電機安裝滑塊的前側與所述碰撞桿上的所述碰撞鎖母相接觸，所述旋轉系統的電機支架固定在所述電 機安裝滑塊上，所述旋轉電機則呈豎向固定在所述電機支架上，所述前支座上另安裝有一激光位移傳感器，所述激光位移傳感器相鄰于所述碰撞桿的一側。
6.如權利要求5所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述彈性部包一彈簧、一前側彈簧護套及一后側彈簧護套，所述彈簧的兩端對應嵌設固定在所述前側彈簧護套及后側彈簧護套中，所述前側彈簧護套及后側彈簧護套分別能移動的套設在所述直軌上，所述前側彈簧護套與所述電機安裝滑塊的后側面相連接，所述后側彈簧護套與所述推板相連接。
7.如權利要求6所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述后支座上設有一調距機構，所述調距機構包括有一基座、一絲桿及一手動扳手，所述基座位于所述后支座上，其設有一螺紋孔，所述絲杠螺接于所述螺紋孔，其前端與所述推板相接觸，其后端連接有所述手動扳手。
8.如權利要求7所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述推板上另設有一壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述絲桿的位置相對，所述絲桿的前端對應與所述壓力傳感器相接觸。
9.如權利要求1所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，所述平臺部包括有一上平臺及一下平臺，所述泥漿槽固定在所述下平臺上，所述上平臺套設固定在所述泥漿槽的上端處，所述上平臺與下平臺之間的前側及后側對應通過所述前側豎向滑套及后側豎向滑套相連接，所述升降機的上端則與所述下平臺相連接； 其中，所述夾持部包括多個頂絲及多個螺孔，各所述螺孔沿周向均布在所述泥漿槽的側壁上，各所述頂絲對應螺接在各所述螺孔處。
10.如權利要求1或9所述的立式動載套管磨損試驗機，其特征在于，另設有一泥漿循環系統，所述泥漿循環系統包括有一泥漿泵、一泥漿桶及一流量計，所述流量計安裝在所述泥漿桶的出口上，所述泥漿槽的底端設有一出口部，所述出口部上安裝有節流閥，其中，所述泥漿泵的輸入口與所述流量計之間、所述泥漿泵的輸出口與所述出口部之間、所述泥漿槽的開口端與所述泥 漿桶的入口之間分別通過一注漿管線相連接。
【文檔編號】G01N3/56GK104007034SQ201410255241
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】溫東, 樊建春, 張來斌, 李 杰, 胡治斌, 趙坤鵬, 孫秉才, 張喜明, 明學江, 商強, 高富民 申請人:中國石油大學(北京)
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