[实用新型]新型岩芯摩擦力及摩擦力矩测量装置

说明书

本实用新型涉及一种力及力矩测量装置，特别适合在石油钻机模拟试验机上，用以测量岩芯与泥浆、钻头之间的摩擦力与摩擦力矩。

目前，国内外所用石油钻机模拟试验机的测量装置只能测量摩擦力矩Mf（见图1），摩擦力F则是在另外的模拟条件下测得，摩擦力与摩擦力矩不能对应，且试验操作相当繁琐。因为在现有的试验机上（见图2及3），由砝码（17）通过滑轮（15）、钢绳（16）向灌满泥浆的岩芯（11）施加侧向力N，力N使岩芯（11）随摇臂（21）绕滑道（19）旋转的同时紧贴钻头（1），然后电机（13）带动钻杆（2）旋转，同时提升机构（12）通过滑套（20）在滑道（19）上提升电机（13）、测量装置（14）及钻杆（2），使钻头（1）在旋转的同时与岩芯（11）相对滑动从而产生摩擦力F及摩擦力矩Mf，在侧向力N为10公斤，岩芯、泥浆与钻头间的摩擦系数为0.2时，摩擦力F为0.2N即等于2公斤。

在此试验机上，如直接利用钻杆（2）作为传感器测摩擦力F，则所测力值仅2公斤，而侧向力N干扰很大达10公斤；如在力线上设置传感器测此摩擦力F，侧向力N在所有相对运动的零件间产生干扰摩擦力F，现零件间呈滑动摩擦状态，干摩擦系数可为0.1－0.5，干扰力F₁为1－5公斤，被测力与干扰力仍属同一数量级，无论怎样，摩擦力测量的误差太大，从而不能实现。

为此，本实用新型目的是将零件间摩擦变为滚动摩擦，有效地使干扰力减小，使摩擦力的测量得以实现，从而提供一种可同时测量摩擦力与摩擦力矩的装置。

本实用新型对上述测量装置进行了改进（见图4），现将钻杆（2）与轴承（10）分离，钻杆（2）通过内套（3）、钢球（4）及外套（5）后方与轴承（10）装配在外壳（9）中，并在外套（5）与扭矩传感器（8）之间装上带有应变计（7）的弹性梁（6），用以测量摩擦力F，外套（5）的下端为叉口形状，钻杆（2）的上端为扁头形状，互相咬合，在咬合处嵌有钢球（4），因而电机（13）可带动钻头（1），扭矩传感器（8）仍能测量摩擦力矩Mf。当岩芯（1）受侧向力N时紧靠在钻头（1）上，力N传给钻杆（2），通过内套（3）、钢球（4）及外套（5）再传给外壳（9），当钻杆（2）被提升时，钻杆（2）在摩擦力F作用下通过内套（3）及钢球（4）与外套（5）产生相对运动趋势，因而产生滚动摩擦力F₂，滚动摩擦系数约为0.002时，力F₂为0.002N即0.02公斤，这样，干扰力降低了至少50倍，与被测力相比，干扰力很小，只及被测力的1％，测量精度完全能满足工程测试的要求。

本实用新型也适用于那些本身不具备抗侧向力功能的其他形式传感器。

附图1    现有普通的测量装置。

附图2    石油钻机模拟试验设备简图。

附图3    试验机上施加侧向力N的情况。

附图4    本实用新型简图。

附图5    本实用新型中钻杆与外套的联接。