[发明专利]实验测定钻柱粘滑振动的装置与方法

权利要求书

1.实验测定钻柱粘滑振动的装置，主要由实验台架(1)、电机(2)、外调节杆(3)、内调节杆(4)、主杆(5)、扶正筒(6)、上轴承(7)、扶正架(8)、加压系统(9)、下轴承(10)、支撑盘(11)、速度传感器(12)、钻头(13)、岩芯(14)和容器(15)组成，其特征在于：所述电机(2)固定于实验台架(1)上，电机(2)的输出轴与外调节杆(3)连接，外调节杆(3)与内调节杆(4)通过键槽连接，内调节杆(4)与主杆(5)通过螺纹连接，在实验台架(1)与主杆(5)间设有扶正筒(6)，扶正筒(6)与主杆(5)间设有上轴承(7)，扶正筒(6)焊接于扶正架(8)上，扶正架(8)安装于实验台架(1)上，加压系统(9)固定于实验台架(1)上，主杆(5)上设有支撑盘(11)用于承受加压系统(9)施加的压力，主杆(5)下端通过螺纹与钻头(13)连接，钻头作用于岩芯(14)上，岩芯(14)放置于容器(15)内。

2.根据权利要求1所述的实验测定钻柱粘滑振动的装置，其特征在于：所述外调节杆(3)内部设有花键槽，内调节杆(4)外部设有花键，内调节杆(4)可沿外调节杆(3)的花键轨道滑动，同时花键与花键槽间的配合还传递电机(2)输出的扭矩。

3.根据权利要求1所述的实验测定钻柱粘滑振动的装置，其特征在于：所述扶正架(8)上设有套筒(16)用于限制扶正筒(6)的横向移动，套筒(16)可沿实验台架(1)轴向滑动；所述扶正筒(6)与主杆(5)间的上轴承(7)为滚针轴承或深沟球轴承。

4.根据权利要求1所述的实验测定钻柱粘滑振动的装置，其特征在于：所述主杆(5)穿过加压系统(9)，支撑盘(11)固定于主杆(5)上，加压系统(9)施加的压力通过下轴承(10)传至支撑盘(11)上；所述下轴承(10)为推力轴承。

5.根据权利要求1所述的实验测定钻柱粘滑振动的装置，其特征在于：所述速度传感器(12)为非接触测速传感器；所述扶正架(8)与扶正筒(6)通过焊接的方式连接；所述主杆(5)的长径比大于100。

6.实验测定钻柱粘滑振动的方法，其特征在于：将电机(2)固定于实验台架(1)上，外调节杆(3)与电机(2)的输出轴连接，主杆(5)穿过加压系统(9)，将内调节杆(4)与主杆(5)通过螺纹进行连接；将扶正架(8)与扶正筒(6)焊接并安装于实验台架(1)上，扶正架(8)由套筒(16)作导轨可沿实验台架(1)的立柱滑动，在加压系统(9)上端0.1米～0.2米处将扶正筒(6)与主杆(5)通过上轴承(7)连接，将加压系统(9)与支撑盘(11)通过下轴承(10)连接；连接钻头(13)于主杆(5)下端，钻头(13)下面设置岩芯(14)，岩芯(14)安装于容器(15)内，容器(15)固定于实验台架(1)或地面；将速度传感器(12)安装于实验台架(1)上且速度传感器(12)与支撑盘(11)位于同一水平高度。

7.根据权利要求6所述的实验测定钻柱粘滑振动的方法，其特征在于：所述电机(2)的转动带动外调节杆(3)同步转动，外调节杆(3)与内调节杆(4)通过花键连接，外调节杆(3)的转动将驱动内调节杆(4)同步转动并带动主杆(5)转动，主杆(5)进一步驱动钻头(13)转动；通过加压系统(9)对支撑盘(11)施加轴向压力，支撑盘(11)所承受的压力将传至钻头(13)并作用于岩芯(14)上；由于主杆(5)具有大长径比的特点，钻头(13)处将产生粘滑振动。

8.根据权利要求7所述的实验测定钻柱粘滑振动的方法，其特征在于：所述钻头(13)处的粘滑振动通过紧邻钻头(13)的支撑盘(11)的转速变化进行表征，支撑盘(11)的转速特性由速度传感器(12)测定，速度传感器(12)所测数据通过计算机进行处理与分析；所述加压系统(9)可对支撑盘(11)提供不同数值的轴向压力。

9.根据权利要求6所述的实验测定钻柱粘滑振动的方法，其特征在于：在钻进过程中，随着钻进的不断进行钻头(13)将产生轴向运动，主杆(5)带动内调节杆(4)一起轴向运动，与主杆(5)通过上轴承(7)连接的扶正筒(6)及扶正架(8)也同步轴向移动，加压系统(9)的加载装置不断伸长。