用于钻头齿圈破岩性能的测试系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103091084A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103091084103091084A(43)申请公布日2013.05.08(21)申请号201110374013.1(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.G01M13/00(2006.01)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(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。CN103091084ACN103984ACN103091084A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。2CN103091084A说明书1/4页用于钻头齿圈破岩性能的测试系统技术领域[0001]本发明涉及一种用于钻头齿圈破岩性能的测试系统。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，美国SmithBits公司、HughesChristensen公司、Halliburton公司及英国SchlumbergerCambridge公司等都建立了钻头试验测试架，对新开发钻头进行试验研究找出其优缺点，并相应地制定了钻头试验的检测标准；同时各公司都申请了相应的钻头仿真设计专利，其中大部分是以钻头试验为基础的，通过开展钻头试验取得了不少的研究成果，开发出一系列特性或高性能钻头，对于提高钻头的机械转速、破碎效率等起到了很重要的作用。[0005]1975年，在美国犹他州的盐湖城建成了第一个全尺寸模拟井下条件的试验架，可以用来试验钻头、井下工具和一些井下动力钻具。用液压控制系统施加钻进压力，伺服控制系统可以按试验目的的需要控制以恒钻压、恒