CN1831508A - 回转钻杆疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转钻杆疲劳试验机。回转钻杆疲劳试验机，其特征在于它括机座(1)、数控电动机(2)、皮带(3)、脉冲液压泵(4)、压力传感器(5)、油管(6)、第一钻杆接头固定器(7)、轴承(9)、皮带轮(10)、第二钻杆接头固定器(11)，钻杆(8)穿过偏心孔与皮带轮(10)固定连接，皮带轮(10)由轴承(9)与机座(1)的中间隔板相连接；钻杆(8)的左端旋入第二钻杆接头固定器(11)的带螺纹的塞中，钻杆(8)的右端旋入第一钻杆接头固定器(7)的螺纹小孔的左部，脉冲液压泵(4)的油管(6)输出端口由高压油管接头旋入第一钻杆接头固定器(7)的螺纹小孔的右部；油管(6)上设有压力传感器(5)，压力传感器(5)与报警装置相连接。本发明能模拟钻杆在钻孔内工作状况并对钻杆的抗疲劳性进行检测。

Description

回转钻杆疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种回转钻杆疲劳试验机。

背景技术

在勘探开发地下资源的各种技术手段中，钻探是最直接的技术手段。能否快速高效地实现钻探目标，除了钻探工艺及钻探参数设计以外，如何降低钻探事故是保证工程顺利完成并减少钻探成本的主要影响因素。在确定的钻探工艺条件下，对钻探工程进度及钻探成本影响最大的是钻探事故，而最常见的钻探事故为钻杆接头疲劳发生折断、裂缝、脱落等。钻杆的质量，尤其是接头质量的好坏直接影响了钻探工程的进度和成本。目前，对钻杆接头的评价主要靠工作人员的经验及对某家生产商产品的熟悉程度，没有一个明确的量化概念。

钻井过程中，钻具除了受到拉力外，还要受到交替变化的弯曲应力，由于地层变化、旋转等引起的横向振动和扭转振动的周期变化的干扰力，以及钻杆内部冲洗液的高压脉冲等加速了钻具的疲劳破坏与失效。钻具失效除了造成钻具损失外，打捞作业和停止钻进损失更大，甚至会造成进尺报废。

钻杆失效类型主要有过量变形、裂纹、刺穿或断裂及表面损伤。然而，钻杆裂纹、刺穿或疲劳断裂在钻杆柱失效事故中所占的比例较大，主要由于应力刺穿、疲劳断裂、疲劳裂纹和腐蚀疲劳等原因造成。因此，在钻杆工作之前，如果对钻杆的抗疲劳性等性能有个量化评价，即在特定的钻孔及特定的钻井液压力条件下，钻杆能工作多长时间才会发生应力刺穿、疲劳断裂、疲劳裂纹和腐蚀疲劳等钻杆损坏。在钻杆即将发生疲劳破坏之前能够及时更换钻杆，可有效的防止由于钻杆的疲劳而引起不必要的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能模拟钻杆在钻孔内工作状况并对钻杆的抗疲劳性进行检测的回转钻杆疲劳试验机。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：回转钻杆疲劳试验机，其特征在于它括机座1、数控电动机2、皮带3、脉冲液压泵4、压力传感器5、油管6、第一钻杆接头固定器7、轴承9、皮带轮10、第二钻杆接头固定器11，机座1成

型，皮带轮10上设有偏心孔，钻杆8穿过偏心孔与皮带轮10固定连接，皮带轮10由轴承9与机座1的中间隔板相连接；第二钻杆接头固定器11的中部设有一个凸出带螺纹的塞，钻杆8的左端旋入第二钻杆接头固定器11的带螺纹的塞中，第二钻杆接头固定器11与机座1的左侧板固定连接，第一钻杆接头固定器7的中部设有一个螺纹小孔，钻杆8的右端旋入第一钻杆接头固定器7的螺纹小孔的左部，第一钻杆接头固定器7与机座1的右侧板固定连接，脉冲液压泵4的油管6输出端口由高压油管接头旋入第一钻杆接头固定器7的螺纹小孔的右部；油管6上设有压力传感器5，压力传感器5与报警装置相连接；数控电动机2固定在机座1上，数控电动机2的输出轴上设有记时器，数控电动机2的输出轴由皮带3与皮带轮10相连接。

本发明采用皮带轮10上设有偏心孔，钻杆8穿过偏心孔与皮带轮10固定连接，皮带轮10由数控电动机2带动，给钻杆提供交替变化的弯曲应力，能模拟钻杆在钻孔内工作状况。脉冲液压泵4的油管6输出口与钻杆8的右端孔口密封式连通(采用通用的高压油管接头连接，第一钻杆接头固定器7)，油管6上设有压力传感器5：当钻杆(包含钻杆接头，钻杆的两端称为钻杆接头，两端部分加厚，一端为内螺纹，另一端为外螺纹)发生任何一种形式的损坏或者失效，钻杆内的脉冲压力发生异常，压力传感器5将信号传给报警装置，报警装置发生报警，工作人员可以对钻杆进行检查，即在钻杆工作多少时间后发生了应力刺穿、疲劳断裂、疲劳裂纹和腐蚀疲劳等破坏形式；从而确定该钻杆可以在该种钻孔工作情况下的极限工作时间；从而实现对钻杆的抗疲劳性进行检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是图1沿A-A线剖视图

图3是钻杆在钻孔内工作状况示意图

图4是报警装置的原理图

图中：1-机座，2-数控电动机，3-皮带，4-脉冲液压泵，5-压力传感器，6-油管，7-第一钻杆接头固定器，8-钻杆，9-轴承，10-皮带轮，11-第二钻杆接头固定器，12-钻杆运动轨迹(大小可调)，13-钻孔。

具体实施方式

如图1、图2所示，回转钻杆疲劳试验机，其特征在于它括机座1、数控电动机2、皮带3、脉冲液压泵4、压力传感器5、油管6、第一钻杆接头固定器7、轴承9、皮带轮10、第二钻杆接头固定器11，机座1成

型，皮带轮10上设有偏心孔，钻杆(或称回转钻杆，内为空腔，即管材)8穿过偏心孔与皮带轮10固定连接(皮带轮的外部为圆形，通过轴承安装在机座上；内部为偏心的，在偏心孔上安装一个夹紧装置将钻杆夹紧；当皮带转动时，偏心孔做偏心运动，给钻杆提供交变应力，钻杆并不回转)，皮带轮10由轴承9与机座1的中间隔板相连接；第二钻杆接头固定器11的中部设有一个凸出带螺纹的塞，钻杆8的左端旋入带螺纹的塞中(第二钻杆接头固定器11的中部有一个凸出的、实心的带有螺纹的塞子，可以和钻杆通过螺纹连接并提供钻杆的密封，第二钻杆接头固定器11和机座1之间实行***式连接并在四角和机座1用螺栓固定)，第二钻杆接头固定器11与机座1的左侧板固定连接，第一钻杆接头固定器7的中部设有一个螺纹小孔(通孔)，钻杆8的右端旋入螺纹小孔的左部，第一钻杆接头固定器7与机座1的右侧板固定连接，脉冲液压泵4的油管6输出口由高压油管接头旋入第一钻杆接头固定器7的螺纹小孔的右部；油管6上设有压力传感器5，压力传感器5与报警装置相连接：数控电动机2固定在机座1上，数控电动机2的输出轴上设有记时器，数控电动机2的输出轴由皮带3与皮带轮10相连接。

数控电动机的主要作用给钻杆提供动力，其转速可调，相当于钻机的不同挡位。同时数控电动力上设有记时器，可以记录数控电动机的工作时间以及总的转数。

脉冲液压泵，脉冲液压泵给钻杆提供液体脉冲压力。模拟实际钻进过程中，冲洗液的工作工程。

通常情况下，钻杆钻钻孔的工作状况是弯曲的如图3，L是钻杆在钻孔工作时的半波长度，因此，在疲劳试验机检测时，根据钻杆在不同的钻孔直径中工作时的半波长来确定皮带轮10上设有偏心孔的偏心距(即钻杆8的偏心距)，模拟钻杆在钻孔内的工作过程，结合钻杆与钻孔之间的环状间隙来调整偏心孔的偏心距，给钻杆提供交替变化的弯曲应力，偏心孔的位置偏离程度取决于钻杆与钻孔之间的工作间隙，可以调节。

如图4所示，报警装置工作原理说明：

(1)压力传感器安装在钻杆与高压油管接头的内部，并连接到计算机控制台，压力信号通过计算机滤波处理，并经过程序设定正常范围，当压力传感器的压力信号出现小于设定的压力信号时，报警器报警。同时，记时器停止记时。

(2)当报警装置发生报警的时候，计算机控制台向继电器发出断电指令，切断电源，数控电动机停止工作。

(3)工作人员可以通过记时器可以知道钻杆在类似的工作条件下可以工作时间的长短，即可以评价钻杆的寿命和质量。

(4)工作人员通过专用的钻杆无损探测仪器进一步可以检查钻杆的具体破坏形式，即应力刺穿、疲劳断裂、疲劳裂纹还是腐蚀疲劳等。

本发明的回转钻杆疲劳试验机具有通用性，可以适用于所有钻杆的质量检测评价。因为钻杆在不同的孔径中工作时，其工作条件的恶劣程度不尽相同。钻杆直径不变，孔径越大，钻压越高，钻杆越容易破坏。因此，只要知道钻杆的直径和钻杆的工作条件即可评价钻杆在该工作条件下将能承受的最大工作时间。对于不同直径的钻杆和在不同钻孔中工作的形式，只要调整偏心动子的偏心距即可。当然对于深孔及超深孔，一般钻孔的直径要求变化不大，所以检测的结果和实际情况更接近。

Claims (1)

1.回转钻杆疲劳试验机，其特征在于它括机座(1)、数控电动机(2)、皮带(3)、脉冲液压泵(4)、压力传感器(5)、油管(6)、第一钻杆接头固定器(7)、轴承(9)、皮带轮(10)、第二钻杆接头固定器(11)，机座(1)成

型，皮带轮(10)上设有偏心孔，钻杆(8)穿过偏心孔与皮带轮(10)固定连接，皮带轮(10)由轴承(9)与机座(1)的中间隔板相连接；第二钻杆接头固定器(11)的中部设有一个凸出带螺纹的塞，钻杆(8)的左端旋入第二钻杆接头固定器(11)的带螺纹的塞中，第二钻杆接头固定器(11)与机座(1)的左侧板固定连接，第一钻杆接头固定器(7)的中部设有一个螺纹小孔，钻杆(8)的右端旋入第一钻杆接头固定器(7)的螺纹小孔的左部，第一钻杆接头固定器(7)与机座(1)的右侧板固定连接，脉冲液压泵(4)的油管(6)输出端口由高压油管接头旋入第一钻杆接头固定器(7)的螺纹小孔的右部：油管(6)上设有压力传感器(5)，压力传感器(5)与报警装置相连接：数控电动机(2)固定在机座(1)上，数控电动机(2)的输出轴上设有记时器，数控电动机(2)的输出轴由皮带(3)与皮带轮(10)相连接。

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