深冰心及冰下基岩电动机械钻具反扭装置测试平台

技术领域

本发明专利涉及电动机械钻具反扭装置测试平台，特别是涉及一种深冰心及冰下基岩电动机械钻具反扭装置测试平台。

背景技术

目前，在钻探领域中，铠装电缆式电动机械取心钻具广泛应用于极地冰层钻进，钻具中的反扭装置起到的作用是平衡钻头切削冰层产生的力矩，如果针对冰下基岩进行钻进，其反扭装置应能够平衡钻头切削冰下基岩产生的扭矩。一旦反扭装置失效，不但无法保证有效钻进，而且有可能导致铠装电缆随钻具回转而扭结甚至断裂。但目前尚没有出现能够测量钻具在钻进深冰心及冰下基岩过程中反扭装置所承受反扭力矩及钻具下滑阻力的测试平台。

发明内容

本发明的目的是为了测量在钻进深冰心及冰下基岩过程中反扭装置所承受反扭力矩及钻具下滑阻力参数而提供的一种深冰心及冰下基岩电动机械钻具反扭装置测试平台。

本发明所述的深冰心及冰下基岩电动机械钻具反扭装置测试平台是由架体、扭矩传感器、反扭测试传动轴、反扭装置、冰心筒、冰心筒支架、拉力计、温度传感器和电动卧式测试台组成，其中扭矩传感器置于架体立柱的上部并与下部反扭测试传动轴的上端相连接，温度传感器、扭矩传感器测试信号通过转换和亚当模块传入电脑并由组态软件实时显示测试结果，反扭测试传动轴通过轴承支撑并由轴承座固定在架体的立柱上，反扭测试传动轴的上端设有手动推杆，反扭测试传动轴通过滑动花键轴与反扭装置连接，反扭装置插设在冰心筒内的冰孔中，冰心筒固定在冰心筒支架上，冰心筒支架固定在架体的底部，冰心筒支架内设有滑轮，电动卧式测试台设在架体的底部，拉力计设在电动卧式测试台上，拉力计通过拉绳与反扭装置的底部连接，拉绳绕设在冰心筒支架内的滑轮上，电动卧式测试台上设有丝杠驱动拉力计进行左右滑动。

滑动花键轴能够在反扭测试传动轴下端的空腔内上下滑动。

连接拉力计与反扭装置的拉绳为钢索。

本发明的工作原理：

通过反扭测试传动轴上端的手动推杆施加扭矩于反扭测试传动轴和反扭装置，当施加扭矩较小时，反扭装置的承扭刀与冰孔内壁作用产生的反扭力矩与手动施加力矩相平衡；增加施加的扭矩，在承扭刀与冰孔内壁间产生相对转动的瞬间，其施加的扭矩就是对应于冰孔温度下的反扭装置承扭刀刀刃外接圆直径尺寸与冰孔尺寸下的反扭装置所能承受的最大的扭矩。扭矩值测量通过扭矩传感器、转换和亚当模块把物理信号转换成电信号，传输至电脑并由组态软件实时显示数据。进行拉力测试时，通过电动卧式测试台内部丝杠的转动带动丝杠螺母与拉力计一起形成直线运动，拉绳的一端与拉力计前部的挂钩相连，拉绳的另一端与反扭装置下部设置的拉环相连接。通过拉绳牵引反扭装置下部拉环使反扭装置下滑，反扭装置在拉绳的牵引下，出现瞬时滑动的拉力值通过拉力计显示数值，该数值就是整个钻具下滑的阻力。同时测量反扭装置承受的反扭矩和下滑力时，在旋转手动推杆的同时，也用拉绳牵引反扭装置下滑，反扭装置产生的反扭力矩值和下滑力分别在电脑和拉力计上实时数据显示。当反扭装置承扭刀刀刃外接圆直径调大时，反扭装置所承受的反扭力矩增大，相应的钻具下滑阻力也增大。反之亦然。

本发明的有益效果：

能够准确地测量出钻具在钻进深冰心及冰下基岩过程中反扭装置所承受反扭力矩及钻具下滑阻力，弥补了在钻进深冰心及冰下基岩过程中没有能够测量反扭装置所承受反扭力矩及整套钻具下滑阻力的测试平台这一空白，能够及时得到反扭力矩及下滑力的数据，该平台为验证反扭装置平衡孔底钻头产生扭矩的能力提供准确的数据支持。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图。

1、架体    2、扭矩传感器  3、反扭测试传动轴  4、反扭装置  

5、冰心筒  6、冰心筒支架   7、拉力计    8、电动卧式测试台   

9、电脑      10、轴承       11、手动推杆   12、滑动花键轴    

13、滑轮      14、拉绳    15、温度传感器         16、拉环   

17、转换和亚当模块。

具体实施方式

请参阅图1所示：

本发明所述的深冰心及冰下基岩电动机械钻具反扭装置测试平台是由架体1、扭矩传感器2、反扭测试传动轴3、反扭装置4、冰心筒5、冰心筒支架6、拉力计7、温度传感器15和电动卧式测试台8组成，其中扭矩传感器2置于架体1立柱的上部并与下部反扭测试传动轴3的上端相连接，温度传感器15、扭矩传感器2测试信号通过转换和亚当模块17传入电脑9并由组态软件实时显示测试结果，反扭测试传动轴3通过轴承10支撑并由轴承座固定在架体1的立柱上，反扭测试传动轴3的上端设有手动推杆11，反扭测试传动轴3通过滑动花键轴12与反扭装置4连接，反扭装置4插设在冰心筒5内的冰孔中，冰心筒5固定在冰心筒支架6上，冰心筒支架6固定在架体1的底部，冰心筒支架6内设有滑轮13，电动卧式测试台8设在架体1的底部，拉力计7设在电动卧式测试台8上，拉力计7通过拉绳14与反扭装置4的底部连接，拉绳14绕设在冰心筒支架6内的滑轮13上，电动卧式测试台8上设有丝杠驱动拉力计7进行左右滑动。

滑动花键轴12能够在反扭测试传动轴3下端的空腔内上下滑动。

连接拉力计7与反扭装置4的拉绳14为钢索。

本发明的工作原理：

通过反扭测试传动轴3上端的手动推杆11施加扭矩于反扭测试传动轴3和反扭装置4，当施加扭矩较小时，反扭装置4的承扭刀与冰孔内壁作用产生的反扭力矩与手动施加力矩相平衡；增加施加的扭矩，在承扭刀与冰孔内壁间产生相对转动的瞬间，其施加的扭矩就是对应于冰孔温度下的反扭装置4承扭刀刀刃外接圆直径尺寸与冰孔尺寸下的反扭装置4所能承受的最大的扭矩。扭矩值测量通过扭矩传感器2、转换和亚当模块17把物理信号转换成电信号，传输至电脑9并由组态软件实时显示数据。进行拉力测试时，通过电动卧式测试台8内部丝杠的转动带动丝杠螺母与拉力计7一起形成直线运动，拉绳14的一端与拉力计7前部的挂钩相连，拉绳14的另一端与反扭装置4下部设置的拉环16相连接。通过拉绳14牵引反扭装置4下部拉环16使反扭装置4下滑，反扭装置4在拉绳14的牵引下，出现瞬时滑动的拉力值通过拉力计7显示数值，该数值就是整个钻具下滑的阻力。同时测量反扭装置4承受的反扭矩和下滑力时，在旋转手动推杆11的同时，也用拉绳14牵引反扭装置4下滑，反扭装置4产生的反扭力矩值和下滑力分别在电脑9和拉力计7上实时数据显示。当反扭装置4承扭刀刀刃外接圆直径调大时，反扭装置4所承受的反扭力矩增大，相应的钻具下滑阻力也增大。反之亦然。