本發(fā)明涉及隨鉆測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域的一種導(dǎo)向工具測(cè)試裝置，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的翼肋支出測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國(guó)內(nèi)外鉆井行業(yè)中的應(yīng)用日趨增多，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具工作過(guò)程中的導(dǎo)向翼肋推力大小、推靠順序、延時(shí)時(shí)間、下傳指令接收及其工具工作模式轉(zhuǎn)換等需要在室內(nèi)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作，這就需要專門的翼肋測(cè)試裝置來(lái)檢驗(yàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)，指導(dǎo)相關(guān)設(shè)備的軟硬件設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

國(guó)外技術(shù)公司能夠提供系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)服務(wù)和商業(yè)化的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具。如斯倫貝謝、貝殼休斯等大型石油儀器公司都自行研制開(kāi)發(fā)了相關(guān)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具及導(dǎo)向翼肋測(cè)試設(shè)備。通過(guò)在地面條件下模擬使國(guó)外公司旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的可靠性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。這些測(cè)試設(shè)備均屬國(guó)外公司自行研制開(kāi)發(fā)和自己應(yīng)用，由于技術(shù)保密的緣故，尚無(wú)相關(guān)技術(shù)信息的公開(kāi)。

國(guó)內(nèi)由于起步較晚，尚未開(kāi)發(fā)出類似的可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試設(shè)備。幾家研究機(jī)構(gòu)雖然開(kāi)展了這方面的工作，多數(shù)處在實(shí)驗(yàn)室階段，有的研究機(jī)構(gòu)雖然也能模擬導(dǎo)向翼肋的支出情況，但實(shí)驗(yàn)加載環(huán)是通過(guò)液壓管線將專用測(cè)試油注入到加載環(huán)內(nèi)，利用液壓變化定性的判斷翼肋的支出情況，這種設(shè)備存在的問(wèn)題在于由于需要管線與加載環(huán)連接，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具外殼實(shí)際是無(wú)法旋轉(zhuǎn)的，只能靠工具內(nèi)軸的旋轉(zhuǎn)和安裝在外殼上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)模擬器達(dá)到試驗(yàn)的目的，這種測(cè)試無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井實(shí)際，即無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算翼肋實(shí)際支出的方位角度也無(wú)法精確判斷支出力的大小，不能滿足旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的單元及整體性能測(cè)試要求，影響了國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研發(fā)水平和速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)國(guó)外相關(guān)技術(shù)的封鎖和國(guó)內(nèi)技術(shù)的空白狀態(tài)，提供一種導(dǎo)向機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中測(cè)量翼肋實(shí)際支出位置和支出力大小，為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)與控制算法的改進(jìn)、機(jī)械與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化等工作提供技術(shù)保障的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試裝置。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試裝置，包括底座、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、聯(lián)軸器和支撐軸承，在連接軸上安裝角度位置測(cè)量裝置，還包括：與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋感應(yīng)區(qū)域外套接配合的翼肋測(cè)試環(huán)，翼肋測(cè)試環(huán)上安裝測(cè)力傳感器。

上述方案進(jìn)一步包括：

所述翼肋測(cè)試環(huán)采用環(huán)狀的翼肋測(cè)試環(huán)骨架，三個(gè)測(cè)力傳感器均布在翼肋測(cè)試環(huán)骨架內(nèi)壁，三個(gè)測(cè)力傳感器通過(guò)設(shè)置在翼肋測(cè)試環(huán)骨架上的導(dǎo)線槽連接到翼肋測(cè)試環(huán)骨架上的傳輸模塊。

所述翼肋測(cè)試環(huán)骨架是兩個(gè)半環(huán)體通過(guò)對(duì)合端的連接軸和鎖緊螺絲連接構(gòu)成，或者是一個(gè)圓環(huán)體通過(guò)周邊徑向分布的縮緊螺絲構(gòu)成；所述測(cè)力傳感器采用LVDT位移傳感器或電阻應(yīng)變式傳感器。

所述傳輸模塊為無(wú)線傳輸模塊，同時(shí)與之配套的還有無(wú)線接收器、主控單元和計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明所具有的有益效果是：通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量并控制翼肋支出的方位位置與角度位置測(cè)量裝置精確計(jì)算的方位角度對(duì)比，優(yōu)化導(dǎo)向機(jī)構(gòu)翼肋控制方法，提高控制精度；通過(guò)導(dǎo)向工具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下加載翼肋測(cè)試環(huán)，實(shí)現(xiàn)翼肋控制時(shí)序和推靠力的大小的準(zhǔn)確測(cè)定，從而判斷巴掌推出的位置及力的大小，進(jìn)一步分析旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的導(dǎo)向能力；另外本發(fā)明很好的利用了現(xiàn)代無(wú)線通訊技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集與傳輸、控制更為簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

圖1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試裝置框圖；

圖2是圖1中翼肋測(cè)試環(huán)的結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸框圖；圖中：

1 安裝底座 2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置 3 角度位置測(cè)量裝置

4 聯(lián)軸器 5 數(shù)據(jù)通信接口 6 支撐軸承

7 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具 8 無(wú)線傳輸模塊 9 導(dǎo)向翼肋

10翼肋測(cè)試環(huán) 11信號(hào)采集電路 12無(wú)線發(fā)射器

13天線 14無(wú)線接收器 15主控單元

16計(jì)算機(jī) 17連接軸承 18測(cè)力傳感器

19緊固螺絲 20信號(hào)傳輸線 21翼肋測(cè)試環(huán)骨架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試系統(tǒng)包括：安裝底座1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2、角度位置測(cè)量裝置3、聯(lián)軸器4、支撐軸承6、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7、翼肋測(cè)試環(huán)10、無(wú)線傳輸模塊8和計(jì)算機(jī)16。

安裝底座1上固定有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2和軸承座21，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具通過(guò)被固定在軸承座上的兩個(gè)軸承6支撐，保持轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的平衡和位置不變；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2主要用于帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器4與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7連接軸相連。在聯(lián)軸器4之間安裝有角度位置測(cè)量裝置3，工作過(guò)程中角度位置測(cè)量裝置3、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7同軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)數(shù)據(jù)線連接旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具數(shù)據(jù)通訊接口5和計(jì)算機(jī)設(shè)置軟件，可以預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7內(nèi)部的測(cè)控系統(tǒng)控制導(dǎo)向翼肋9支出的方位角大小；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，測(cè)控系統(tǒng)判斷出當(dāng)前方位角度大小，當(dāng)方位角等于計(jì)算機(jī)設(shè)置軟件設(shè)置的方位大小時(shí)，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7內(nèi)部的油壓泵給與導(dǎo)向翼肋9相連的油腔注油，為翼肋的支出提供動(dòng)力，從而控制翼肋在支出。

角度位置測(cè)量裝置3安裝后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2運(yùn)行前，需要通過(guò)角度位置測(cè)量裝置3輸出的零位脈沖或者數(shù)字代碼來(lái)確定角度位置測(cè)量裝置3的零位參考位置，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)注在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的鉆鋌外壁上；保持旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7靜止，通過(guò)測(cè)量旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的0°高邊位置到角度位置測(cè)量裝置3參考位置的方位角大小，就得到角度位置測(cè)量裝置3的零位參考位置對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)參考方位。

在圖1中，翼肋測(cè)試環(huán)10安裝固定在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的翼肋外圍區(qū)域，翼肋測(cè)試環(huán)10上相隔120°安裝有測(cè)力傳感器18，測(cè)力傳感器18的受力面與導(dǎo)向工具翼肋感應(yīng)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，工作過(guò)程中翼肋測(cè)試環(huán)10與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7同步轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的測(cè)控系統(tǒng)控制某一翼肋支出，支出的翼肋對(duì)相應(yīng)的測(cè)力傳感器18產(chǎn)生作用力，測(cè)力傳感器18檢測(cè)到受力響應(yīng)并計(jì)算受力大小。翼肋支出的同時(shí)，無(wú)線傳輸模塊8實(shí)時(shí)采集角度位置測(cè)量裝置3測(cè)量的方位角信息和測(cè)力傳感器18測(cè)量的壓力信號(hào)，進(jìn)行解碼處理后通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口5連接到安裝在計(jì)算機(jī)16上的處理軟件進(jìn)行顯示和存盤。

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋推靠力測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖。由翼肋測(cè)試環(huán)骨架21、連接軸承17、測(cè)力傳感器18、緊固螺絲19和信號(hào)傳輸線20共同組成翼肋測(cè)試環(huán)10。翼肋測(cè)試環(huán)10結(jié)構(gòu)為剖分套筒式，分上下兩個(gè)半環(huán)并通過(guò)連接軸承17連接在一起，可以直接套裝在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的導(dǎo)向翼肋9外圍。測(cè)試骨架21內(nèi)側(cè)相隔120°設(shè)計(jì)有圓形的凹槽，同時(shí)設(shè)計(jì)有固定測(cè)力傳感器18的螺絲孔，測(cè)力傳感器18受力面向內(nèi)安裝在凹槽內(nèi)，測(cè)力傳感器18的頂部突起面為受力面。翼肋測(cè)試環(huán)10通過(guò)緊固螺絲19不斷與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7夾緊，緊固前要求三個(gè)測(cè)力傳感器18處于上電工作狀態(tài)并通過(guò)信號(hào)連接線20與無(wú)線傳輸模塊8連接。無(wú)線傳輸模塊8實(shí)時(shí)采集和處理測(cè)力傳感器18的壓力信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口5連接到計(jì)算機(jī)16，計(jì)算機(jī)16安裝有處理軟件實(shí)時(shí)顯示測(cè)力傳感器18的受力情況。緊固過(guò)程中旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7的三個(gè)導(dǎo)向翼肋9接觸并使測(cè)力傳感器18承受一定的壓力，直到翼肋測(cè)試環(huán)10與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7固定牢固并在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7翼肋支出時(shí)推靠力的大小就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)16安裝的處理軟件實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

圖3為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試裝置和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通訊示意圖。由信號(hào)采集電路11、無(wú)線發(fā)射器12組成無(wú)線傳輸模塊8，并與天線13、無(wú)線接收器14、主控單元15、計(jì)算機(jī)16組成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。無(wú)線傳輸模塊8采用雙壓控振蕩器來(lái)分別產(chǎn)生用于接收和發(fā)射的射頻信號(hào)。信號(hào)采集電路11實(shí)時(shí)采集測(cè)力傳感器18壓力信號(hào)和角度位置測(cè)量裝置3的脈沖信號(hào)并進(jìn)行解碼處理，同時(shí)可監(jiān)測(cè)傳感器斷線、短路或正常工作等狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)采集電路11采集檢測(cè)到壓力信號(hào)大于基本參考?jí)毫χ禃r(shí)同步記錄角度位置測(cè)量裝置3的脈沖信號(hào)，并將這兩個(gè)同時(shí)間點(diǎn)采集數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線發(fā)射器12，無(wú)線接收器13采集無(wú)線發(fā)射器12傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主控單元15協(xié)調(diào)與計(jì)算機(jī)之間的通信并通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口5發(fā)送到安裝在計(jì)算機(jī)16上的處理軟件，用于顯示和存儲(chǔ)翼肋推靠力的大小和翼肋感應(yīng)區(qū)對(duì)應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)模擬旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7在鉆井旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下翼肋的支出檢測(cè)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具7內(nèi)部測(cè)控系統(tǒng)的方位控制精度。

通過(guò)無(wú)線通訊可以節(jié)省旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具翼肋測(cè)試系統(tǒng)各通訊線的布置，又可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下翼肋推靠力大小和方位角度的測(cè)量。