本發(fā)明涉及實驗設(shè)備領(lǐng)域，具體的是一種油氣井套管磨損試驗臺。

背景技術(shù)：

地層中的油氣資源需要通過鉆井系統(tǒng)形成井眼進行開采。井下工具通常需要長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生嚴重的磨損問題。套管、鉆桿等核心工具的壽命和可靠性都與其摩擦學(xué)行為和磨損情況緊密相關(guān)。油氣井井下工具的性能不但決定了油氣生產(chǎn)的效率，更關(guān)系到系統(tǒng)的安全和整個工作的成敗。套管的過度磨損引起的失效是導(dǎo)致油氣生產(chǎn)過程中故障和事故的重要原因之一。當鉆桿在套管內(nèi)轉(zhuǎn)動的時候，由于傾斜、偏心等情況將造成鉆桿與套管的相互接觸與摩擦，最終導(dǎo)致磨損。為了研究套管的磨損機理、過程及影響因素，進而改進套管的結(jié)果或相關(guān)鉆井工藝，對應(yīng)的試驗臺和設(shè)備必不可少。

目前專門用于研究油氣井套管-鉆桿系統(tǒng)的試驗臺系統(tǒng)目前少見報道，而國外的試驗臺也比較簡單，只能模擬其相互旋轉(zhuǎn)運動，功能單一。無法改變其他參數(shù)，如無法調(diào)節(jié)偏心距。更重要的是鉆桿在實際工作過程中會受到拉應(yīng)力，而目前的試驗機無法模擬這個工況，導(dǎo)致最終的試驗結(jié)果和實際情況有較大差異。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了調(diào)節(jié)套管與鉆桿的偏心距，本發(fā)明提供了一種油氣井套管磨損試驗臺，該油氣井套管磨損試驗臺可以模擬油氣井鉆井裝備中套管-鉆桿系統(tǒng)的相互旋轉(zhuǎn)運動，可以接近真實的工況、具有偏心距可調(diào)、試樣安裝方便等特點，為研究套管的磨損失效問題提供平臺。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種油氣井套管磨損試驗臺，包括：

模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件，能夠固定模擬套管的位置并驅(qū)動模擬套管自轉(zhuǎn)；

模擬拉力加載組件，能夠給模擬鉆桿施加軸向的拉應(yīng)力；

鉆桿夾具，能夠固定模擬鉆桿的位置；

當所述油氣井套管磨損試驗臺處于實驗狀態(tài)時，模擬套管套設(shè)于模擬鉆桿外，模擬套管的軸線與模擬鉆桿的軸線平行，鉆桿夾具能夠使模擬鉆桿徑向移動，模擬套管的軸線與模擬鉆桿的軸線之間的距離能夠被調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果是：該油氣井套管磨損試驗臺可以模擬油氣井鉆井裝備中套管-鉆桿系統(tǒng)的相互旋轉(zhuǎn)運動，研究套管和鉆桿相互接觸產(chǎn)生磨損的情況。除了實現(xiàn)套管和鉆桿之間的旋轉(zhuǎn)運動以外，還實現(xiàn)對鉆桿進行拉力加載，更接近實際工況中鉆桿的受力情況。并且可以方便地調(diào)節(jié)套管和鉆桿的軸間距離，實現(xiàn)二者之間的偏心旋轉(zhuǎn)，模擬實際工況中套管和鉆桿并不是完全對心的情況，并且具有樣品更換方便，操作簡單等特點。該實驗臺結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，整個實驗臺結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。

圖1是本發(fā)明所述油氣井套管磨損試驗臺的主視圖。

圖2是本發(fā)明所述油氣井套管磨損試驗臺的左視圖。

圖3是本發(fā)明所述油氣井套管磨損試驗臺的俯視圖。

圖4是圖1中a方向的示意圖。

圖5是本發(fā)明所述油氣井套管磨損試驗臺的立體示意圖。

1、電機；2、聯(lián)軸器；3、電機支座；4、主動齒輪；5、從動齒輪；6、第一長軸；7、千分尺支座；8、第一千分尺；9、支腳；10、支撐板；11、模擬套管；12、鉆桿夾具；13、限位塊；14、調(diào)節(jié)旋鈕；15、調(diào)節(jié)旋鈕支板；16、滑動塊；17、長支座；18、電動缸支座；19、電動缸；20、拉力傳感器；21、第一短支座；22、第二長軸；23、第二短支座；24、第三長軸；25、模擬鉆桿；26、定位桿；27、主動軸；28、第二千分尺。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

一種油氣井套管磨損試驗臺，包括：

模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件，能夠固定模擬套管11的位置并驅(qū)動模擬套管11自轉(zhuǎn)；

模擬拉力加載組件，能夠給模擬鉆桿25施加軸向的拉應(yīng)力；

鉆桿夾具12，能夠固定模擬鉆桿25的位置；

當所述油氣井套管磨損試驗臺處于實驗狀態(tài)時，模擬套管11套設(shè)于模擬鉆桿25外，模擬套管11的內(nèi)徑大于模擬鉆桿25的外徑，模擬套管11的軸線與模擬鉆桿25的軸線平行，鉆桿夾具12能夠使模擬鉆桿25徑向移動，模擬套管11的軸線與模擬鉆桿25的軸線之間的距離能夠被調(diào)節(jié)件或調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)，如圖1至圖3所示。

模擬套管11用于模擬生產(chǎn)井中的實際套管，模擬鉆桿25用于模擬生產(chǎn)井中的實際鉆桿，模擬套管11為原筒狀結(jié)構(gòu)，模擬鉆桿25為圓柱狀結(jié)構(gòu)。模擬套管11和模擬鉆桿25能夠被拆卸和更換，以模擬不同的模擬套管11和模擬鉆桿25，在空閑狀態(tài)時，模擬套管11和模擬鉆桿25可以不安裝在該油氣井套管磨損試驗臺上，即此時圖1至圖5中不含有模擬套管11和模擬鉆桿25。

在本實施例中，所述模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件能夠驅(qū)動模擬套管11以模擬套管11的軸線為軸自轉(zhuǎn)；所述模擬拉力加載組件能夠給模擬鉆桿25施加指向圖1中右側(cè)的拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力沿模擬鉆桿25的軸向。調(diào)節(jié)件或調(diào)節(jié)機構(gòu)能夠使模擬鉆桿25沿模擬鉆桿25的直徑方向移動，從而調(diào)節(jié)模擬套管11和模擬鉆桿25之間的偏心距。

在本實施例中，所述模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件含有第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24，第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24均與模擬套管11外切，即圖4所示。第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24呈銳角三角形分布，即第一長軸6的軸線、第二長軸22的軸線和第三長軸24的軸線在圖4中的連線為銳角三角形。從而能夠夾緊模擬套管11，第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24自轉(zhuǎn)后依靠摩擦力便能夠驅(qū)動模擬套管11自轉(zhuǎn)。

在本實施例中，模擬套管11的軸線沿水平方向設(shè)置，第二長軸22的軸線和第三長軸24的軸線位于同一水平高度，第一長軸6位于第二長軸22和第三長軸24的上方，如圖1和圖2所示，第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24呈等腰三角形分布，即如圖4所示，第一長軸6到第二長軸22和第三長軸24的距離相等。第一長軸6在豎直方向上的位置能夠調(diào)節(jié)，所述模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件能夠夾持多種不同管徑的模擬套管11，模擬套管11的軸線和模擬鉆桿25的軸線位于同一水平面內(nèi)。

在本實施例中，所述油氣井套管磨損試驗臺還包括支撐板10，支撐板10位于第二長軸22和第三長軸24的下方，第一長軸6的一端和中部均通過長支座17與支撐板10連接固定，第二長軸22的一端和中部均通過第一短支座21與支撐板10連接固定，第二長軸22的一端和中部均通過第二短支座23與支撐板10連接固定，模擬套管11位于第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24的另一端，如圖1和圖3所示。

在本實施例中，長支座17的上端設(shè)有滑動塊16、調(diào)節(jié)旋鈕支板15和調(diào)節(jié)旋鈕14，滑動塊16能夠沿豎直方向移動，第一長軸6插接于滑動塊16內(nèi)，第一長軸6與滑動塊16之間設(shè)有軸承，滑動塊16的下方設(shè)有彈性部件(如彈簧)，該彈性部件能夠給滑動塊16提供向上的回復(fù)力，調(diào)節(jié)旋鈕支板15與長支座17固定連接，調(diào)節(jié)旋鈕14與調(diào)節(jié)旋鈕支板15螺紋連接，調(diào)節(jié)旋鈕14的下端與滑動塊16抵接，旋擰調(diào)節(jié)旋鈕14能夠調(diào)節(jié)滑動塊16和第一長軸6在豎直方向上的位置，如圖5所示。

另外，所述模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件還包括電機1、聯(lián)軸器2、電機支座3、主動齒輪4和主動軸27，為整個整個系統(tǒng)提供選擇的動力。電機1通過聯(lián)軸器2與主動軸27連接，兩個電機支座3配對，通過軸承完成對主動軸27的支撐。主動齒輪4和主動軸27上都有鍵槽，通過鍵進行連接。第二長軸22和從動齒輪5上開有鍵槽，通過鍵進行連接，主動齒輪4和從動齒輪5配合傳遞動力。長支座17的頂端有滑槽，滑動塊16可以在滑槽內(nèi)實現(xiàn)上下滑動，長支座17靠近滑動塊16的端面有圓孔，里面放有彈簧，為滑動塊16提供向上的力。兩個滑動塊16配對，通過軸承形成對第一長軸6的支撐。調(diào)節(jié)旋鈕支板15通過螺釘固定在長支座17上，調(diào)節(jié)旋鈕14通過螺紋和調(diào)節(jié)旋鈕支板15連接，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕14就可以調(diào)整滑動塊16及第一長軸6的位置。第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24形成對模擬套管11的夾持，第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24的外表面都有橡膠套，增加各軸和模擬套管11之間的摩擦力。第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24的尾端有螺紋，與限位塊13進行連接。限位塊13可以防止模擬套管11脫離。

在本實施例中，鉆桿夾具12的右側(cè)設(shè)有用于模擬鉆桿25插接的凹槽，如圖1和圖5所示，模擬鉆桿25的左端能夠通過定位桿26插接固定于該凹槽內(nèi)，該凹槽與模擬鉆桿25的左端相匹配，定位桿26能夠同時與鉆桿夾具12和模擬鉆桿25插接。具體的，在鉆桿夾具12和模擬鉆桿25上都鉆有圓孔，在圓孔中插入定位桿26，將鉆桿夾具12和鉆桿25連接在一起。定位桿26實現(xiàn)模擬鉆桿25和鉆桿夾具12的可拆卸連接，所述模擬拉力加載組件與模擬鉆桿25的右端連接。

在本實施例中，支撐板10的上表面設(shè)有與鉆桿夾具12相匹配的滑槽，鉆桿夾具12為矩形的板狀結(jié)構(gòu)，鉆桿夾具12的下端插接于該滑槽，該滑槽的長度方向與模擬鉆桿25的軸線垂直，即該滑槽的長度方向為圖3中的上下方向，鉆桿夾具12能夠帶動模擬套管11沿該滑槽的長度方向滑動(即圖3中的上下方向滑動)，鉆桿夾具12通過螺釘與支撐板10連接固定。鉆桿夾具12與支撐板10連接的部位設(shè)有長條形通孔，該長條形通孔的長度方向與該滑槽的長度方向相同，通過螺釘可以調(diào)節(jié)鉆桿夾具12在圖2中左右方向的位置并將其固定。

在本實施例中，沿該滑槽的長度方向，鉆桿夾具12的一端外設(shè)有第一千分尺8，第一千分尺8的測微螺桿與鉆桿夾具12抵接，第一千分尺8與支撐板10通過千分尺支座7連接固定，第一千分尺8能夠測量鉆桿夾具12和模擬鉆桿25移動的位移，即第一千分尺8能夠測量鉆桿夾具12和模擬鉆桿25沿圖3中上下方向移動的位移。

在本實施例中，所述模擬拉力加載組件包括電動缸19，電動缸19能夠通過拉力傳感器20與模擬鉆桿25的端部連接固定，電動缸19能夠給模擬鉆桿25施加軸向的拉應(yīng)力，拉力傳感器20能夠測量該拉應(yīng)力的大小。電動缸19通過電動缸支座18與支撐板10的上表面連接固定，電動缸19的活塞桿、拉力傳感器20和模擬鉆桿25依次連接固定，電動缸19和電動缸支座18能夠隨模擬鉆桿25同步沿圖3中的上下方向移動，支撐板10上固定有第二千分尺28，第二千分尺28能夠測量電動缸19和電動缸支座18移動的位移，即第二千分尺28能夠測量電動缸19和電動缸支座18沿圖3中上下方向移動的位移。第一千分尺8和第二千分尺28均不含有尺架或框架。第二千分尺28與支撐板10通過千分尺支座7連接固定。

具體的，模擬鉆桿25通過螺紋和拉力傳感器20連接，拉力傳感器20通過螺紋連接到電動缸19的活塞桿上。電動缸19通過螺釘固定到電動缸支座18上，電動缸支座18通過螺釘固定到支撐板10上。電動缸支座18上擰螺釘?shù)奈恢靡灿虚L條形通孔，可以調(diào)節(jié)電動缸支座18和電動缸19在支撐板10上的位置，即電動缸支座18和電動缸19可以沿圖3中的上下方向移動并被固定。第一千分尺8通過千分尺支座7固定在支撐板10上，可以精確測量鉆桿夾具12的位置，第二千分尺28可以精確測量電動缸支座18和電動缸19的位置。通過電動缸19和拉力傳感器20實現(xiàn)對模擬鉆桿25的加載及拉力控制。

另外，支撐板10的下方設(shè)有支腳9起到支撐作用。支腳9和支撐板10之間通過螺釘連接，支撐板10上有螺紋孔，所述模擬套管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件、模擬拉力加載組件、鉆桿夾具12等部件通過螺釘固定到支撐板10上。

下面介紹該油氣井套管磨損試驗臺的工作過程：

測試開始之前，將模擬套管11放入第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24之間，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕14使三根軸壓緊模擬套管11。將模擬鉆桿25放入鉆桿夾具12的圓槽內(nèi)，并插入定位桿26，實現(xiàn)對模擬鉆桿25的固定，使其無法轉(zhuǎn)動和移動。調(diào)整鉆桿夾具12和電動缸支座18的位置，同過兩個千分尺(第一千分尺8和第二千分尺28)準確控制使模擬套管11和模擬鉆桿25的偏心距。啟動電動缸19，讓模擬鉆桿25受到預(yù)想的拉力。

開始測試時，啟動電機1，通過聯(lián)軸器2帶動主動齒輪4和主動軸27轉(zhuǎn)動，進一步帶動主動軸27上的主動齒輪4轉(zhuǎn)動。主動齒輪4和從動齒輪5配合，從動齒輪5帶動第二長軸22轉(zhuǎn)動。第一長軸6、第二長軸22和第三長軸24在模擬套管11所在位置的部分上有橡膠套，提供大的摩擦力，第二長軸22轉(zhuǎn)動時帶動模擬套管11轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)模擬套管11的自轉(zhuǎn)運動。由于偏心模擬套管11和模擬鉆桿25會產(chǎn)生相互擠壓，產(chǎn)生摩擦和磨損，實現(xiàn)模擬油氣井鉆井裝備中套管-鉆桿系統(tǒng)的運動，進一步研究套管的磨損失效問題的功能。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。