[发明专利]用于辅助钻井工具的参数的测试装置及测试方法

说明书

本发明提供了一种用于辅助钻井工具的参数的测试装置，包括：圆柱形的外套，固定连接在所述外套一端的传感器安装件，在所述传感器安装件中安装有传感器；同心布置在所述外套内的中空的传动轴，设置在所述传动轴一端的阀盘机构，以及形成于所述外套和所述传动轴之间的钻井液分流机构。该测试装置其能够测量工具内压力的大小和变化频率，从而测得工具产生的冲击力的大小和频率。本发明还提供了一种用于辅助钻井工具的参数的测试方法，其通过上述测试装置进行测试。

技术领域

本发明属于石油工业机械技术领域，具体地涉及一种用于辅助钻井工具的参数的测试装置。本发明还涉及一种用于辅助钻井工具的参数的测试方法。

背景技术

随着石油钻井技术的不断发展，为了满足钻井工程中的需求出现了许多不同功能的钻井工具。随着科技的飞速发展，现有技术中的钻井工具的性能得到了很大的提高。

然而，在一些特殊工况下，仍然存在一些问题。例如，在软硬交错地层或硬地层中施工时，由于这种地层的岩性变化大或强度大，地层软硬交错，在钻井过程中易诱发井下钻具振动，从而导致钻头长时间处于动态不稳定的工作状态。钻头工作状态的不稳定会造成井下钻柱处于轴向振动、横向振动和周向振动的耦合状态，钻头振动不仅会降低钻头的破岩效率，还会造成钻头牙齿或切削齿的先期损坏、钻具疲劳破坏，进而导致机械钻速慢、钻头进尺少、钻头寿命短、钻具先期失效和井下落物等一系列影响钻井周期和钻井费用的问题。

为此，在钻井过程中使用增压减震稳扭旋冲钻井提速工具，能够起到减小井下轴向振动对钻头的冲击的作用，同时，能够给钻头施加设计钻压，从而给钻头提供一种高频变化的具有轴向周向的复合方向的冲击力。将超出设定转矩时的旋转运动转化为直线运动，防止钻头钻柱失速，解决了钻头在硬地层、夹层的憋跳钻、粘滑、“失速”、机械钻速慢等问题。

增压减震稳扭旋冲钻井提速工具中的冲击能量发生机构是利用多组涡轮产生连续的大扭矩转动动力，通过动静阀盘间过流面积的变化而产生周期性的节流压差，从而产生轴向冲击力。动静阀盘最大过流面积与最小过流面积之差决定了节流压差的大小，节流压差的大小决定了轴向冲击力的大小。涡轮定子旋转的频率决定了动阀盘旋转的频率，动阀盘旋转的频率决定了节流压差变化的频率，进而决定了轴向冲击力的频率。冲击力的大小和频率是增压减震稳扭旋冲钻井提速工具的重要参数，影响工具的地层适应性和钻井提速的效果。在实际应用中，会遇到多种不同工况。在这一过程中，钻井工具中的零件由于长期经受钻井液的冲刷，尺寸会变化，进而导致工具参数变化，从而严重影响钻具的效率。

然而，在现有技术中，并没有现成的增压减震稳扭旋冲钻井提速工具冲击力的参数测试装置及其测试方法。

发明内容

根据至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种用于辅助钻井工具的参数的测试装置，该测试装置能够模拟辅助钻井工具中的能量发生器的压强变化，并能够测量工具内压力的大小和变化频率。同时，其能够长时间连续运行，从而对辅助钻井工具中的能量发生器进行寿命测试。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于辅助钻井工具的参数的测试装置，包括：圆柱形的外套，固定连接在所述外套一端的传感器安装件，在所述传感器安装件中安装有压力传感器；同心布置在所述外套内的中空的传动轴，设置在所述传动轴一端的阀盘机构，其中，所述阀盘机构包括定阀盘和动阀盘，所述动阀盘设置成能由所述传动轴驱动旋转，从而使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化；形成于所述外套和所述传动轴之间的钻井液分流机构，其包括密封式安装在所述外套内壁上的活塞头、安装在所述活塞头内部的分流件、设置在所述外套内的传力套筒，以及设置在所述活塞头的下游并处于所述传力套筒内的至少一个涡轮节，其中，所述分流件构造成允许一部分钻井液直接流入所述传动轴的内部通道而另一部分钻井液经所述涡轮节流入所述内部通道，所述传力套筒的两端分别与所述活塞头和定阀盘固定连接，所述涡轮节构造成能够在钻井液的作用下带动所述传动轴旋转。