用于钻头齿圈破岩性能的测试系统及其测试方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103089237A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103089237103089237A(43)申请公布日2013.05.08(21)申请号201110374178.9(22)申请日2011.11.07(71)申请人汪建平地址610000四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人汪建平(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)发明名称用于钻头齿圈破岩性能的测试系统及其测试方法(57)摘要本发明公开了一种用于钻头齿圈破岩性能的测试系统。该用于钻头齿圈破岩性能的测试系统主要由应变传感器、转盘转速传感器、牙轮转速传感器、与应变传感器相连的动态应变仪、与转盘转速传感器和牙轮转速传感器均相连的钻头测速仪、与动态应变仪和钻头测速仪均相连的数据采集箱、与数据采集箱相连的数据采集卡、以及与数据采集卡相连的计算机构成。本发明还公开了一种基于上述测试系统的测试方法。本发明试验过程时间短、自动化程度高、扩展功能广、采集到的信号中含有噪声少、制造成本低。CN103089237ACN1038927ACN103089237A权利要求书1/1页1.用于钻头齿圈破岩性能的测试系统，其特征在于，主要由应变传感器、转盘转速传感器、牙轮转速传感器、与应变传感器相连的动态应变仪、与转盘转速传感器和牙轮转速传感器均相连的钻头测速仪、与动态应变仪和钻头测速仪均相连的数据采集箱、与数据采集箱相连的数据采集卡、以及与数据采集卡相连的计算机构成。2.根据权利要求1所述的用于钻头齿圈破岩性能的测试系统，其特征在于，所述应变传感器包括压力传感器、位移传感器、扭矩传感器。3.根据权利要求2所述的用于钻头齿圈破岩性能的测试系统，其特征在于，所述压力传感器与动态应变仪之间、位移传感器与动态应变仪之间、扭矩传感器与动态应变仪之间均设置有电桥。4.基于上述测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)首先，通过压力传感器、位移传感器、扭矩传感器测试钻头的钻压、位移、扭矩；(b)同时，通过转盘转速传感器和牙轮转速传感器测试转盘转速和牙轮转速；(c)步骤(a)中测得的信号经电桥转换，经动态应变仪后传入数据采集箱；同时，步骤(b)中测得的信号经钻头测速仪后也传入数据采集箱；(d)传入数据采集箱的信号经数据采集卡采集信号调理电路输出的信号；(e)最后，输入计算机进行分析处理。5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(a)中，通过电阻应变片测出所受的力，即测得钻压和扭矩。6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(a)中，非接触式位移传感器测量牙齿的吃入深度信号，电桥即信号调理电路将传感器输出的信号进行转换，动态应变仪、数据采集箱及采集卡采集信号调理电路输出的信号，再输入计算机进行分析处理。7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(b)中，转盘转动时探头交替接触铜片和转盘而发出一个脉冲信号，这些信号经过转速测定仪放大、计数，再经数据采集箱、采集卡及计算机处理就可测得钻头的平均转速；同理可测得牙轮的平均转速。2CN103089237A说明书1/4页用于钻头齿圈破岩性能的测试系统及其测试方法技术领域[0001]本发明涉及一种用于钻头齿圈破岩性能的测试系统及其测试方法。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