專利名稱：頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械設(shè)備的測試用設(shè)備，特別是頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系
統(tǒng)，用于頂部驅(qū)動鉆井裝置的性能測試，如產(chǎn)品出廠前的測試和使用修理后的測試。
背景技術(shù)：
頂部驅(qū)動鉆井裝置簡稱頂驅(qū)鉆井裝置或者簡稱頂驅(qū)，是用以取代轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)的新型 石油鉆井裝備。由于頂部驅(qū)動鉆井裝置的工況十分復(fù)雜，為避免不必要的鉆井事故，更好的 發(fā)揮頂驅(qū)鉆井裝置鉆井的優(yōu)勢，頂部驅(qū)動鉆井裝置制造廠家對其產(chǎn)品進(jìn)行全面的性能檢測 是十分必要的，如果能夠進(jìn)行鉆井實(shí)際工況的模擬，即在頂驅(qū)鉆井裝置產(chǎn)品受一定拉力旋 轉(zhuǎn)的情況下，進(jìn)行加扭檢測，對提高頂部驅(qū)動鉆井裝置產(chǎn)品的質(zhì)量具有更重要的意義。頂部
驅(qū)動鉆井裝置外形尺寸較大，一般情況下，長寬高約為i.5米i.s米5米。拉一扭 結(jié)合的測試裝置在制造上和安裝使用上都存在較大的困難，因此，截至目前國內(nèi)、國際上都 還未見對整套裝置進(jìn)行測試的相關(guān)報(bào)道，現(xiàn)有的頂驅(qū)鉆井裝置的測試裝置都是對頂驅(qū)鉆井 裝置的受力部件分別進(jìn)行拉力試驗(yàn)和扭矩加載試驗(yàn)。拉力試驗(yàn)一般使用油缸施力拉伸，而 對于頂驅(qū)鉆井裝置扭矩檢測，目前存在的較為先進(jìn)的加載方式有三種水力測功機(jī)，電磁渦 流測功機(jī)和發(fā)電機(jī)組電力反饋。水利測功機(jī)的加載方式和精度不如后面兩種，在國內(nèi)生產(chǎn)
廠家有使用此加載形式的；電磁渦流測功機(jī)較適合作為較高轉(zhuǎn)速下的加載裝置，在低速、大
載荷情況下不適合，而頂驅(qū)鉆井裝置的實(shí)際工況經(jīng)常是低速、大載荷工況，因此這類加載方 式還需要配合一定的剎車機(jī)構(gòu)來完成。發(fā)電機(jī)組電力反饋的加載方式節(jié)能、環(huán)保，試驗(yàn)過程 中產(chǎn)生的電能反饋到電網(wǎng)，不產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，控制精度較高。但也僅局限于扭矩測試，還 需拆卸頂驅(qū)另外做拉力試驗(yàn)。綜上所述目前對頂驅(qū)的檢測，存在試驗(yàn)周期長，重復(fù)拆卸，同 時還存在著測試精度不高，測試項(xiàng)目不全等問題。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的
缺陷，對整套頂部驅(qū)動鉆井裝置或其受力部件進(jìn)行鉆井實(shí)際工況的模擬測試，可同時對頂 部驅(qū)動鉆井裝置或其受力部件進(jìn)行拉力試驗(yàn)和扭矩加載試驗(yàn)，縮短試驗(yàn)周期，避免重復(fù)拆 卸，提高工作效率和測試精度。 使用本技術(shù)解決方案可達(dá)上述目的頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系統(tǒng)包括固定裝 置、塔架、拉扭組合裝置和扭矩產(chǎn)生裝置，將頂部驅(qū)動鉆井裝置或其受力部件用固定裝置固 定在塔架上；頂部驅(qū)動鉆井裝置或其受力部件的下端依次連接拉扭組合裝置和扭矩產(chǎn)生裝 置。同時進(jìn)行或分別進(jìn)行拉力和扭矩性能測試，測試中產(chǎn)生的拉力和扭矩由塔架平衡消除。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有使用不同的測試裝置分別進(jìn)行受力部件測試的技術(shù)相比，具有 如下顯著的進(jìn)步本實(shí)用新型是用一套測試系統(tǒng)模擬整套頂驅(qū)鉆井裝置或者其受力部件， 在鉆井過程中既要承載一部分鉆具的重量，也就是承載拉力，又要為鉆具提供旋轉(zhuǎn)的動力， 也就是提供并承載扭矩的實(shí)際工況。讓頂部驅(qū)動鉆井裝置固定在塔架上，由拉扭組合裝置和扭矩產(chǎn)生裝置為其提供拉力和扭矩，在測試試驗(yàn)中也同時承受拉力與扭矩。在實(shí)際工況 中，拉力由頂部驅(qū)動鉆井裝置最終傳遞到井架上，而扭矩由頂部驅(qū)動鉆井裝置最終也作用 到井架。本實(shí)用新型的方法是讓拉力和扭矩都作用到塔架上，與實(shí)際工況吻合，因此其測試 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。本測試系統(tǒng)可分別或同時對頂驅(qū)鉆井裝置進(jìn)行拉伸試驗(yàn)與扭矩加載試驗(yàn)，并能 實(shí)時記錄試驗(yàn)參數(shù)，測繪出頂驅(qū)鉆井裝置性能曲線圖；頂驅(qū)鉆井裝置安裝一次，即可全部完 成標(biāo)準(zhǔn)要求的各種性能試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)周期，避免了重復(fù)拆卸頂驅(qū)鉆井裝置進(jìn)行試驗(yàn)的 繁瑣工作，同時也保護(hù)了頂驅(qū)本身。本測試系統(tǒng)通過頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌與固定裝置中的固 定組件之間的間隙來調(diào)心，能用于測試不同規(guī)格的頂驅(qū)鉆井裝置，可利用性高。本系統(tǒng)不僅 可對整套頂驅(qū)鉆井裝置進(jìn)行測試，也可對受力部件進(jìn)行測試實(shí)際工況的測試。操作簡單，安 全可靠，具有試驗(yàn)周期短、試驗(yàn)效率高、試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的效果。

圖1是本實(shí)用新型的安裝使用示意圖。
圖2是本實(shí)用新型中拉扭組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳述參見圖l，頂部驅(qū)動鉆井裝置性 能測試系統(tǒng)包括固定裝置、塔架3、拉扭組合裝置4和扭矩產(chǎn)生裝置，將頂部驅(qū)動鉆井裝置2 或其受力部件用固定裝置固定在塔架3上；頂部驅(qū)動鉆井裝置2或其受力部件的下端依次 連接拉扭組合裝置4和扭矩產(chǎn)生裝置。參見圖2，拉扭組合裝置4包括承拉承扭軸13、拉伸 機(jī)構(gòu)和扭矩傳動接頭16，承拉承扭軸13固定在拉伸機(jī)構(gòu)中，其上端與頂部驅(qū)動鉆井裝置2 的下端連接，其下端與扭矩傳動接頭16連接。承拉承扭軸13是單根軸或者是多段軸，設(shè)計(jì) 為多段軸方便安裝，以兩段軸為佳。承拉承扭軸13設(shè)為多段時，其軸的連接端面為花鍵連 接、其軸連接處的外圓裝有軸套，用軸套連接，讓拉力由螺紋軸套來承受?；ㄦI也就是多鍵 穿插設(shè)置，增加接合段的受力面積，承受扭矩傳遞中的力矩。拉伸機(jī)構(gòu)包括拉伸梁14和拉 伸油缸15，拉伸油缸15與拉伸梁14固定，將拉伸油缸15固定在塔架3上。扭矩傳動接頭 16的兩個端面交叉設(shè)置鍵或槽，呈十字形，其上端面的鍵或槽與承拉承扭軸13的下端面結(jié) 構(gòu)配合固定；其下端面的鍵或槽與扭矩產(chǎn)生裝置的扭矩輸出軸的上端面結(jié)構(gòu)配合固定。扭 矩傳動接頭16與配合端面是鍵與槽的互配結(jié)構(gòu)，在相互配合的鍵與槽之間留置拉伸間隙。 扭矩產(chǎn)生裝置包括可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5、輸出傳感器7和動力產(chǎn)生裝置8，動力產(chǎn)生裝置8 依次連接輸出傳感器7和可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5，將動力產(chǎn)生裝置8、輸出傳感器7和可調(diào)檔 轉(zhuǎn)角升速箱5固定在平板6上，可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5的輸出端與扭矩傳動接頭16連接。輸 出傳感器7還可以與數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)完成扭矩測試曲線的繪制。當(dāng)然也可 以由人工記錄加載的扭矩?cái)?shù)據(jù)，并根據(jù)加載數(shù)據(jù)變化繪制測試曲線。動力產(chǎn)生裝置8可以 是發(fā)電機(jī)組和電磁渦流測功機(jī)，由于設(shè)有可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5，可對速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。固定裝 置包括固定提環(huán)1和頂驅(qū)鉆井裝置居中調(diào)節(jié)固定組件，固定提環(huán)1固定在塔架3的頂部與 頂部驅(qū)動鉆井裝置2的頂端連接；頂驅(qū)鉆井裝置居中調(diào)節(jié)固定組件與頂部驅(qū)動鉆井裝置2 的導(dǎo)軌連接，并固定在塔架3上。頂驅(qū)鉆井裝置居中調(diào)節(jié)固定組件包括頂驅(qū)導(dǎo)軌上部固定 件12和頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件9以及上部反扭加固件11和下部反扭加固件10。頂驅(qū)導(dǎo)軌上部固定件12設(shè)有可調(diào)式固定鉤和固定板，固定鉤的前端與頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌的上端結(jié) 構(gòu)配合，其鉤體上設(shè)有多個固定孔，將固定鉤與固定板裝配在一起；頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件9 包括可調(diào)式連接座和固定板，可調(diào)式連接座與頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌的下端結(jié)構(gòu)配合，可在固 定板上移動，距離調(diào)節(jié)適當(dāng)后由螺栓固定。上部反扭加固件11和下部反扭加固件10分別 與頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌的上部和下部連接，并固定在塔架3上；上部反扭加固件11和下部反 扭加固件10均設(shè)有導(dǎo)軌連接板和固定板，固定板上設(shè)有調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)距離適當(dāng)后由螺栓固 定。由于塔架3固定在地面上，可使測試中產(chǎn)生的拉力和扭矩由塔架3平衡消除。 安裝時，首先將平板6固定在地坑最下層，將動力產(chǎn)生裝置8固定在平板6上，依 次聯(lián)結(jié)輸出傳感器7、可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5，并分別將其固定在平板6上。也可以不用平板 6，而將上述裝置直接固定在水泥地面上。將扭矩傳動接頭16安裝在可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5 上，塔架3固定在地坑二層臺上，然后將承拉承扭軸13的下段安裝在拉伸梁14中并與扭矩 傳動接頭16聯(lián)接。再分別將頂驅(qū)導(dǎo)軌上部固定件12和頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件9、上部反扭加 固件11和下部反扭加固件10安裝在塔架3上。然后將頂驅(qū)鉆井裝置2通過固定提環(huán)1、頂 驅(qū)導(dǎo)軌上部固定件12和頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件9、上部反扭加固件11和下部反扭加固件10 固定在塔架3內(nèi)。最后將承拉承扭軸13的上段安裝好，并用軸套與承拉承扭軸13下段聯(lián) 接好。將承拉承扭軸13上端與頂部驅(qū)動鉆井裝置2下部主軸的下端連接。安裝承拉承扭 軸13時，先將接合端面的花鍵對正后，再用軸套將上下兩段軸聯(lián)結(jié)在一起。這樣，承拉承扭 軸13既可以承受拉力，也可以承受扭矩。 參照圖1，測試時，將頂部驅(qū)動鉆井裝置2連接固定好，做好測試準(zhǔn)備。如僅是測試 受力部件，就將受力部件的兩端分別與固定提環(huán)1和承拉承扭軸13的上端連接好即可，測 試中產(chǎn)生的拉力和扭矩通過固定提環(huán)1由塔架3平衡消除，測試過程與頂部驅(qū)動鉆井裝置 2相同。 做扭矩測試試驗(yàn)啟動動力產(chǎn)生裝置8，扭矩依次通過輸出傳感器7、可調(diào)檔轉(zhuǎn)角 升速箱5、拉扭組合裝置4傳遞到頂部驅(qū)動鉆井裝置2，并通過上部反扭加固件11和下部反 扭加固件10最終作用到塔架3上平衡掉。人工記錄或者使用計(jì)算機(jī)記錄輸出傳感器7顯 示的力矩信息，繪制測試圖表。 做拉扭組合試驗(yàn)啟動拉伸油缸15，將拉伸梁14向下拉伸，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)值。此 時，由于扭矩傳動接頭16接合部的鍵與槽在深度方向上預(yù)留了拉伸間隙，使其具有自動軸 向讓位功能，平衡掉頂部驅(qū)動鉆井裝置2的主軸和承拉承扭軸13的拉伸位移。拉力通過拉 扭組合裝置4傳遞到頂部驅(qū)動鉆井裝置2，并通過固定提環(huán)1最終作用到塔架3上平衡掉； 再啟動動力產(chǎn)生裝置8，依次通過輸出傳感器7、可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱5、拉扭組合裝置4傳遞 到頂部驅(qū)動鉆井裝置2，并通過上部反扭加固件11和下部反扭加固件10最終作用到塔架3 上平衡掉。 做額定載荷拉伸試驗(yàn)將扭矩傳動接頭16拆下，再將承拉承扭軸13與頂部驅(qū)動鉆 井裝置2下部主軸聯(lián)接脫開，使承拉承扭軸13與頂部驅(qū)動鉆井裝置2下部的吊卡聯(lián)接。啟 動拉伸油缸15，將拉伸梁14向下拉伸，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)值。拉力通過拉扭組合裝置4傳遞到 頂部驅(qū)動鉆井裝置2，并通過固定提環(huán)1最終作用到塔架3上平衡掉。
權(quán)利要求頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系統(tǒng)，其特征是本系統(tǒng)包括固定裝置、塔架(3)、拉扭組合裝置(4)和扭矩產(chǎn)生裝置，將頂部驅(qū)動鉆井裝置(2)或其受力部件用固定裝置固定在塔架(3)上；頂部驅(qū)動鉆井裝置(2)或其受力部件的下端依次連接拉扭組合裝置(4)和扭矩產(chǎn)生裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測試系統(tǒng)，其特征是拉扭組合裝置(4)包括承拉承扭軸 (13)、拉伸機(jī)構(gòu)和扭矩傳動接頭(16)，承拉承扭軸(13)固定在拉伸機(jī)構(gòu)中，其上端與頂部 驅(qū)動鉆井裝置(2)的下端連接，其下端與扭矩傳動接頭(16)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試系統(tǒng)，其特征是承拉承扭軸(13)是單根軸或者是多段 軸；承拉承扭軸(13)設(shè)為多段時，其軸的連接端面為花鍵連接、其軸連接處的外圓裝有軸 套。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試系統(tǒng)，其特征是拉伸機(jī)構(gòu)包括拉伸梁(14)和拉伸油缸 (15)，拉伸油缸(15)與拉伸梁(14)固定，將拉伸油缸(15)固定在塔架(3)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測試系統(tǒng)，其特征是扭矩傳動接頭(16)的兩個端面交叉設(shè)置 鍵或槽，其上端面的鍵或槽與承拉承扭軸(13)的下端面結(jié)構(gòu)配合；其下端面的鍵或槽與扭 矩產(chǎn)生裝置的扭矩輸出軸的上端面結(jié)構(gòu)配合；在相互配合的鍵與槽之間留置拉伸間隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是扭矩產(chǎn)生裝置包括可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱 (5)、輸出傳感器(7)和動力產(chǎn)生裝置(8)，動力產(chǎn)生裝置(8)依次連接輸出傳感器(7)和可 調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱(5)，將動力產(chǎn)生裝置(8)、輸出傳感器(7)和可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱(5)固定 在平板(6)上，可調(diào)檔轉(zhuǎn)角升速箱(5)的輸出端與扭矩傳動接頭(16)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試系統(tǒng)，其特征是輸出傳感器(7)還可以與數(shù)據(jù)線和計(jì)算 機(jī)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測試系統(tǒng)，其特征是固定裝置包括固定提環(huán)(1)和頂驅(qū)鉆井 裝置居中調(diào)節(jié)固定組件，固定提環(huán)(1)固定在塔架(3)的頂部與頂部驅(qū)動鉆井裝置(2)的 頂端連接；頂驅(qū)鉆井裝置居中調(diào)節(jié)固定組件與頂部驅(qū)動鉆井裝置(2)的導(dǎo)軌連接，并固定 在塔架(3)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測試系統(tǒng)，其特征是頂驅(qū)鉆井裝置居中調(diào)節(jié)固定組件包括頂 驅(qū)導(dǎo)軌上部固定件(12)和頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件(9)以及上部反扭加固件(11)和下部反扭 加固件(IO)，頂驅(qū)導(dǎo)軌上部固定件(12)設(shè)有可調(diào)式固定鉤和固定板，固定鉤的前端與頂驅(qū) 鉆井裝置導(dǎo)軌的上端結(jié)構(gòu)配合，其鉤體上設(shè)有多個固定孔，將固定鉤與固定板裝配在一起； 頂驅(qū)導(dǎo)軌下部固定件(9)包括可調(diào)式連接座和固定板，可調(diào)式連接座與頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌 的下端結(jié)構(gòu)配合，可在固定板上移動；上部反扭加固件(11)和下部反扭加固件(10)分別與 頂驅(qū)鉆井裝置導(dǎo)軌的上部和下部連接，并固定在塔架(3)上，上部反扭加固件(11)和下部 反扭加固件(10)均設(shè)有導(dǎo)軌連接板和固定板，固定板上設(shè)有調(diào)節(jié)孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了頂部驅(qū)動鉆井裝置性能測試系統(tǒng)，用于頂部驅(qū)動鉆井裝置的性能測試，如產(chǎn)品出廠前和使用修理后的測試。本測試系統(tǒng)包括固定裝置、塔架、拉扭組合裝置和扭矩產(chǎn)生裝置，將頂驅(qū)或其受力部件用固定裝置固定在塔架上；頂驅(qū)或其受力部件的下端依次連接拉扭組合裝置和扭矩產(chǎn)生裝置。本實(shí)用新型能夠?qū)φ醉敳框?qū)動鉆井裝置或其受力部件同時進(jìn)行或分別進(jìn)行拉力和扭矩性能測試，測試中產(chǎn)生的拉力和扭矩由塔架平衡消除。本實(shí)用新型可利用性高，操作簡單，安全可靠，具有試驗(yàn)周期短、試驗(yàn)效率高、試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等效果。
文檔編號E21B47/00GK201495982SQ200920022148
公開日2010年6月2日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 李彤, 臧志強(qiáng), 趙延坤, 陳士剛 申請人:勝利油田孚瑞特石油裝備有限責(zé)任公司