一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台制造技术

本发明专利技术公开一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，涉及无隔水管海洋钻探技术领域，包括试验台支架、水箱、钻压调节机构、回转驱动机构、摇摆机构和检测机构；钻压调节机构用于调节钻杆柱的轴向压力；回转驱动机构用于驱动钻杆柱转动；摇摆机构用于驱动回转驱动机构；检测机构用于检测钻杆柱的位移。可以拟钻杆柱转速、钻压工况参数；通过多个变频泵实现水箱中的模拟洋流的水流速的分层分布，从上到下可调节水流速分布；实现横向洋流流速分层对钻杆柱横向作用力的模拟；通过平行光捕捉钻杆柱的运动状况，厘清钻杆柱的位移分布对不同转速、钻压、水流速、泥浆循环速度等实验钻井参数的响应，为优化钻杆柱配置设计提供理论数据支撑。为优化钻杆柱配置设计提供理论数据支撑。为优化钻杆柱配置设计提供理论数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台


[0001]本专利技术涉及无隔水管海洋钻探
，特别是涉及一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台。

技术介绍

[0002]随着人类对资源需求的增加和常规能源的日益枯竭，亟需探索新型能源，深海大洋科学钻探作为探索海底丰富资源的技术手段，被提上日程。常规隔水管钻探的施工成本高、适用水深浅，无隔水管钻杆技术成为研究热点。钻杆柱作为钻探工程实施的关键部件，厘清其在受到海流力作用和无孔壁支撑的约束条件下的力学行为特征，对于设计符合无隔水管钻探需求的钻杆柱是十分必要的。然而，对于万米科学钻探所面对的深水深井无隔水管的工况，从实施周期及实施成本，无法通过实际下井试验，开展相关理论验证。
[0003]公开号为CN108894776A的专利文件中公开了一种模拟深水无隔水管钻井水力设计的实验装置，模拟不同钻进速度，流动速度，得出管汇以及井筒流道中循环压耗，为无隔水管钻井系统不同排量工况下井筒压力分布提供实验数据一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置及其方法，模拟出不同钻柱转速、海洋流速、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励下的钻柱纵
‑
横
‑
扭耦合振动响应。

技术实现思路

[0004]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，通过试验得出钻杆柱在受到海流力作用和无孔壁支撑的约束条件下的力学行为特征，以便于设计符合无隔水管钻探需求的钻杆柱。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，包括试验台支架、水箱、钻压调节机构、回转驱动机构、摇摆机构和检测机构；所述水箱的侧壁为透明结构，所述水箱设置于所述试验台支架内部；所述钻压调节机构设置于所述水箱底部，所述钻压调节机构用于调节钻杆柱的轴向压力；所述回转驱动机构设置于所述水箱上方，所述回转驱动机构用于驱动钻杆柱转动；所述摇摆机构与所述回转驱动机构传动连接，所述摇摆机构用于驱动所述回转驱动机构；所述检测机构设置于所述水箱周围，所述检测机构用于检测钻杆柱的位移。
[0007]可选地，所述水箱底部设置有水箱支架，所述水箱支架的底端与所述试验台支架的底端位于同一水平面。
[0008]可选地，所述钻压调节机构包括调压电机、法兰、方形推杆、孔壁和井底托盘；所述法兰设置于所述水箱的底面外壁上，所述方形推杆设置于所述法兰内，且所述法兰的内径小于所述方形推杆的旋转直径；所述调压电机的输出轴与一丝杆的一端相连接，所述丝杆的另一端伸入所述方形推杆内并与所述方形推杆通过螺纹连接；所述井底托盘设置于所述法兰内并位于所述方形推杆的顶部，所述井底托盘用于承托所述钻杆柱的底端；所述水箱
的内底面上设置有内法兰，所述内法兰与所述孔壁的底端相连接，且所述内法兰、所述孔壁与所述法兰均同轴设置。
[0009]可选地，所述回转驱动机构包括回转电机、水龙头和水龙头固定架；所述水龙头固定架与所述摇摆机构相连接；所述回转电机设置于所述水龙头固定架上；所述水龙头设置于所述水龙头固定架底部；所述钻杆柱的顶端伸入所述水龙头的内部阶梯孔后与所述回转电机的输出轴相连接；所述水龙头一侧设置有进水口，所述进水口与所述水龙头的内部阶梯孔相连通；所述进水口与一水泵的出口端相连通，所述水泵的进口端与所述水箱内部相连通。
[0010]可选地，所述水箱的对角箱壁上沿竖向设置有多个循环水口，每个所述循环水口与一变频泵的出口端相连通。
[0011]可选地，所述水箱的侧壁数量为偶数，且所述水箱的侧壁沿所述水箱的中心线对称设置。
[0012]可选地，所述摇摆机构包括摇摆电机、偏心轮、电机支架、连接杆和摇杆；所述电机支架设置于所述试验台支架上，所述摇摆电机设置于所述电机支架上；所述摇摆电机的输出轴与所述偏心轮传动连接；所述偏心轮的偏心处于所述连接杆的一端相连接，所述连接杆的另一端与所述摇杆的一端相连接，所述摇杆的另一端与所述回转驱动机构相连接。
[0013]可选地，所述检测机构包括幕布、平行光源、反射镜和相机；所述幕布设置于所述水箱一侧，所述平行光源设置于所述水箱另一侧，所述反射镜设置于所述幕布远离所述水箱的一侧，且所述反射镜与所述幕布在竖直面内呈一定夹角，所述相机用于拍摄所述反射镜内的虚像。
[0014]可选地，所述水箱周围设置有至少两个所述检测机构。
[0015]可选地，所述反射镜与所述幕布在竖直面内呈45度夹角。
[0016]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017](1)通过顶部单动水龙头与底部钻压调节机构实现钻杆柱的转动、下部钻压调节及泥浆循环；以模拟钻杆柱转速、钻压工况参数；
[0018](2)通过多个变频泵实现水箱中的模拟洋流的水流速的分层分布，从上到下可调节水流速分布；实现横向洋流流速分层对钻杆柱横向作用力的模拟；
[0019](3)通过平行光源实现管柱形状在幕布的投影，并通过图像采集与数据处理实现管柱运动姿态的实时捕捉；通过平行光捕捉钻杆柱的运动状况，厘清钻杆柱的位移分布对不同转速、钻压、水流速、泥浆循环速度等实验钻井参数的响应，为优化钻杆柱配置设计提供理论数据支撑。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术无隔水管钻杆柱动力学分析试验台的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术无隔水管钻杆柱动力学分析试验台中Ⅲ处的局部结构示意图；
[0023]图3为本专利技术无隔水管钻杆柱动力学分析试验台中Ⅱ处的局部结构示意图；
[0024]图4为连接杆与连接柱连接示意图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1、水箱；
[0027]2、循环水口；
[0028]3、水箱支架；
[0029]4、钻压调节机构；4
‑
1、调压电机；4
‑
2、法兰；4
‑
3、方形推杆；4
‑
4、孔壁；4
‑
5、井底托盘；
[0030]5、钻杆柱；
[0031]6、回转驱动机构；6
‑
1、回转电机；6
‑
2、水龙头；6
‑
3、水龙头固定架；
[0032]7、摇摆机构；7
‑
1、摇摆电机；7
‑
2、偏心轮；7
‑
3、电机支架；7
‑
4、连接杆；7
‑
5、连接柱；7
‑
6、摇杆；7
‑
7、摇杆销；7
‑
8、滚珠轴承；
[0033]8、试验台支架；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，其特征在于，包括试验台支架、水箱、钻压调节机构、回转驱动机构、摇摆机构和检测机构；所述水箱的侧壁为透明结构，所述水箱设置于所述试验台支架内部；所述钻压调节机构设置于所述水箱底部，所述钻压调节机构用于调节钻杆柱的轴向压力；所述回转驱动机构设置于所述水箱上方，所述回转驱动机构用于驱动钻杆柱转动；所述摇摆机构与所述回转驱动机构传动连接，所述摇摆机构用于驱动所述回转驱动机构；所述检测机构设置于所述水箱周围，所述检测机构用于检测钻杆柱的位移。2.根据权利要求1所述的无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，其特征在于，所述水箱底部设置有水箱支架，所述水箱支架的底端与所述试验台支架的底端位于同一水平面。3.根据权利要求1所述的无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，其特征在于，所述钻压调节机构包括调压电机、法兰、方形推杆、孔壁和井底托盘；所述法兰设置于所述水箱的底面外壁上，所述方形推杆设置于所述法兰内，且所述法兰的内径小于所述方形推杆的旋转直径；所述调压电机的输出轴与一丝杆的一端相连接，所述丝杆的另一端伸入所述方形推杆内并与所述方形推杆通过螺纹连接；所述井底托盘设置于所述法兰内并位于所述方形推杆的顶部，所述井底托盘用于承托所述钻杆柱的底端；所述水箱的内底面上设置有内法兰，所述内法兰与所述孔壁的底端相连接，且所述内法兰、所述孔壁与所述法兰均同轴设置。4.根据权利要求1所述的无隔水管钻杆柱动力学分析试验台，其特征在于，所述回转驱动机构包括回转电机、水龙头和水龙头固定架；所述水龙头固定架与所述摇摆机构相连接；所述回转电机设置于所述水龙头固定架上；所述水龙头设置于所述水龙头固定架底部；...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹浩，梁健，李鑫淼，李宽，吴纪修，王文，施山山，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：