钻头齿圈复合破岩试验系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103104247A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103104247103104247A(43)申请公布日2013.05.15(21)申请号201110377684.3(22)申请日2011.11.09(71)申请人陈洪伟地址610000四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人陈洪伟(51)Int.Cl.E21B47/00(2012.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图1页附图1页(54)发明名称钻头齿圈复合破岩试验系统(57)摘要本发明公开了一种钻头齿圈复合破岩试验系统。该钻头齿圈复合破岩试验系统主要由转盘(1)、设置在转盘(1)上方的牙轮齿圈(2)、与转盘(1)表面接触的钻头转速传感器(3)、设置在转盘(1)上的压力传感器(8)、以及与牙轮齿圈(2)接触的牙轮转速传感器(4)和扭矩传感器(5)构成，所述转盘(1)连接有转盘驱动装置，扭矩传感器(5)连接有扭矩驱动装置，钻头转速传感器(3)连接有测控装置。本发明能根据钻头的结构参数和牙齿齿面结构，模拟钻头各个齿圈上牙齿的运动和破岩状况，并通过数据采集系统和计算机处理测量这些动态参数。CN103104247ACN103427ACN103104247A权利要求书1/1页1.钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，主要由转盘(1)、设置在转盘(1)上方的牙轮齿圈(2)、与转盘(1)表面接触的钻头转速传感器(3)、设置在转盘(1)上的压力传感器(8)、以及与牙轮齿圈(2)接触的牙轮转速传感器(4)和扭矩传感器(5)构成，所述转盘(1)连接有转盘驱动装置，扭矩传感器(5)连接有扭矩驱动装置，钻头转速传感器(3)连接有测控装置。2.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述转盘驱动装置主要由与转盘(1)相连的油缸(6)、以及与油缸(6)相连的油泵(7)构成。3.根据权利要求2所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述油缸(6)和转盘(1)之间设置有活塞(17)。4.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述扭矩驱动装置主要由与扭矩传感器(5)相连的传动器(14)、以及与传动器(14)相连的电机(15)构成。5.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述测控装置主要由与钻头转速传感器(3)和牙轮转速传感器(4)均相连的转速测定仪(9)、与扭矩传感器(5)和压力传感器(8)均相连的动态应变仪(10)、与转速测定仪(9)和动态应变仪(10)均相连的数据采集箱(11)、以及与数据采集箱(11)相连的计算机(12)和控制台(13)构成。2CN103104247A说明书1/4页钻头齿圈复合破岩试验系统技术领域[0001]本发明涉及一种钻头齿圈复合破岩试验系统。背景技术[0002]在石油钻井中，钻头是破碎地层岩石的主要工具，是石油钻井工程中提高机械钻速、降低钻井成本的重要手段。为了提高钻头的破岩效率，达到降低成本的目的，就必须针对不同的钻井地层设计和选用适合地层特性的钻头。目前国内外研究钻头破岩效率的主要方法有现场试验和室内试验，现场试验就是针对不同地层设计好的钻头在现场的应用，然后再修改设计和重新加工，这样开发一种特性钻头需要的周期长，成本高；室内主要的试验方法有单齿垂直压入试验、钻头齿圈复合运动破岩试验和全尺寸钻头钻进试验。[0003]目前针对钻头研究开展的试验主要是全尺寸钻头试验和钻头齿圈复合运动破岩试验，全钻头试验主要是检测新型钻头钻进不同地层岩石的破碎规律；钻头齿圈复合运动破岩试验主要是研究不同钻头结构参数、齿面结构和钻进参数与地层岩石的破碎规律。现有全钻头试验和钻头齿圈复合运动破岩试验的测试系统主要是由传感器、转速测定仪以及数据采集卡采集试验过程中的钻头、牙轮和齿圈转速脉冲信号；由传感器、动态应变仪以及数据采集卡采集试验过程中的钻头位移、钻压及扭矩模拟信号。但是随着钻头研究进一步的深化，现有钻头试验测试系统存在很多问题已经不能满足现阶段钻头研究和新产品开发的需要，比如：研究钻头及5个牙齿的运动和受力情况，现有两张8通道数据采集卡的模拟量通道不够，不能全面满足试验需要的扩展功能；由于液压系统、电机和环境等的影响，动态应变仪采集的信号含有大量的噪声，试验数据准确性不高；动态应变仪和数据采集卡等硬件设备价格昂贵，测试系统硬件成本高等。因此迫切需要建立一套基于现代测试技术的钻头试验测试系统，以能够快捷、准确、实时采集钻头及各个牙齿的运动及受力情况，从而为钻头的新产品开发和科学化设计提供重要的试验手段。[0004]钻头新产品开发在理论研究的基础上必须经过试验验证其性能，钻头试验对研究和开发高性能产品具有非常重要的作用。在国外，美