CN105758789B - 一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩石‑金属复合运动摩擦实验装置，包括工作台（1）、正压力施加机构（2）、滑动机构（3）、岩石夹持机构（4）和振动机构（5），正压力施加机构（2）固定在工作台（1）上方一侧；滑动机构（3）竖直安装工作台（1）上方中部；岩石夹持机构（4）设置于滑动机构（3）的前侧，振动机构（5）的输出端与支撑架（24）的底部紧固连接。本发明的优点在于：该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后振动参数对滑动、振动滑动的摩擦阻力影响的规律提供手段，能够实现岩石和金属相对滑动、相对振动和滑动+振动同时进行的实验需求，结构简单、使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域钻柱与井壁摩擦的实验装置，特别是一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置。
背景技术
在水平井、大位移井钻井过程中，钻柱与井壁接触和相对运动会产生较大摩擦阻力。该摩擦阻力会引发一系列复杂工程问题：扭转负荷增大造成钻柱强度和钻机负荷问题，滑动摩擦阻力造成钻柱屈曲、下入困难和难以施加和钻压问题等。工程界为了减轻此摩擦阻力的影响，开展了钻柱振动减阻的工程实践并取得一定效果。为了定量评价钻柱振动的减阻量，振动参数对减阻的影响规律以及振动位置的定量分析，亟需发明一种可模拟钻具（金属）与井壁（岩石）之间非线性摩擦模型的实验装置，该装置能对钻具与井壁的滑动、滑动+振动摩擦进行评价和机理研究，并可对类似工况的动摩擦开展模型匹配和参数识别等工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后滑动、振动滑动的摩擦阻力，振动参数对减阻的影响规律提供手段。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，包括工作台、正压力施加机构、滑动机构、岩石夹持机构和振动机构，所述的正压力施加机构固定在工作台上方一侧，正压力施加机构包括支座A、转轴支架A、拉压传感器A、支座B和万向球，支座A固定在工作台上，转轴支架A的一端通过转轴A铰接安装在支座A上，另一端通过正反螺栓与拉压传感器A的一端紧固连接，拉压传感器A的另一端与万向球支座的一端连接，万向球支座的另一端固定安装有多个万向球，支座B固定在工作台上，支座B上通过转轴B与转轴支架B的一端铰接相连，转轴支架B的另一端与万向球支座的中部铰接相连；所述的滑动机构竖直安装工作台上方中部，滑动机构包括滑台座、滑轨、滑台、电机、关节轴承、拉压传感器B和金属试件，滑台座垂直于工作台，滑台座上沿竖直方向安装有两个相互平行的滑轨，滑台与滑轨滑动配合，滑台座的中部竖直安装有丝杠，丝杠的上端与电机相连，丝杠的中部螺纹部分与滑台配合连接，滑台通过连接件与关节轴承连接，关节轴承与拉压传感器B的一端传动连接，拉压传感器B的另一端与金属试件连接，所述的万向球顶压在金属试件的侧面上；所述岩石夹持机构设置于滑动机构的前侧，岩石夹持机构包括支撑架和锁紧件，支撑架的一侧开有用于容纳岩样的凹槽，凹槽的开口方向朝向金属试件，凹槽的上方安装有用于固定岩样的锁紧件；所述的振动机构安装在工作台的下部，振动机构的输出端与支撑架的底部传动连接。
所述的万向球有多个。
所述的万向球支座垂直于金属试件的表面，且万向球支座的轴线与岩样对齐。
本发明具有以下优点：
1、本发明填补了现无此类实验装置的空白，能够实现岩石和金属相对滑动、相对振动和滑动+振动同时进行的实验需求，结构简单、使用方便。
2、该装置上振动、接触力、滑动速度、摩擦力等参数均能定量控制与监测，为定量评价钻柱与井壁接触后滑动、振动滑动的摩擦阻力，振动参数对减阻的影响规律提供手段，为在实际应用过程中提供依据。
附图说明
图1 为本发明的整体结构示意图；
图2 为本发明的局部结构示意图；
图中：1-工作台，2-正压力施加机构，3-滑动机构，4-岩石夹持机构，5-振动机构，6-支座A，7-转轴支架A，8-转轴A，9-正反螺栓，10-拉压传感器A，11-万向球支座，12-支座B，13-转轴B，14-万向球，15-滑台座，16-滑轨，17-滑台，18-电机，19-丝杠，20-关节轴承，21-连接件，22-拉压传感器B，23-金属试件，24-支撑架，25-锁紧件，26-岩样。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1和图2所示，一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，包括工作台1、正压力施加机构2、滑动机构3、岩石夹持机构4和振动机构5，所述的正压力施加机构2固定在工作台1上方一侧，正压力施加机构2包括支座A6、转轴支架A7、拉压传感器A10、支座B12和万向球14，支座A6固定在工作台1上，转轴支架A7的一端通过转轴A8铰接安装在支座A6上，另一端通过正反螺栓9与拉压传感器A10的一端紧固连接，拉压传感器A10的另一端与万向球支座11的一端连接，万向球支座11的另一端固定安装有多个万向球14，支座B12固定在工作台1上，支座B12上通过转轴B13与转轴支架B的一端铰接相连，转轴支架B的另一端与万向球支座11的中部铰接相连；所述的滑动机构3竖直安装工作台1上方中部，滑动机构3包括滑台座15、滑轨16、滑台17、电机18、关节轴承19、拉压传感器B22和金属试件23，滑台座15垂直于工作台1，滑台座15上沿竖直方向安装有两个相互平行的滑轨16，滑台17与滑轨16滑动配合，滑台座15的中部竖直安装有丝杠19，丝杠19的上端与电机18相连，丝杠19的中部螺纹部分与滑台17配合连接，滑台17通过连接件21与关节轴承20连接，关节轴承20与拉压传感器B22的一端传动连接，拉压传感器B22的另一端与金属试件23连接，所述的万向球14顶压在金属试件23的侧面上；所述岩石夹持机构4设置于滑动机构3的前侧，岩石夹持机构4包括支撑架24和锁紧件25，支撑架24的一侧开有用于容纳岩样26的凹槽，凹槽的开口方向朝向金属试件23，凹槽的上方安装有用于固定岩样26的锁紧件25；所述的振动机构5安装在工作台1的下部，振动机构5的输出端与支撑架24的底部传动连接。
在本实施例中，所述的万向球14有多个，作为优选地，万向球14为两个或四个。
作为优选地，所述的万向球支座11垂直于金属试件23的表面，且万向球支座11的轴线与岩样26对齐。
本发明的工作过程如下：实验前，将岩样26通过锁紧件25锁紧固定在支撑架24上，拧动正反螺栓9，使万向球14与金属试件23接触，继续拧动正反螺栓9，使金属试件23压在岩样26上，同时拉压传感器A10所示的正压力达到要求值，实验室可分为三种情况：
（1）、相对滑动，即只需要岩样26与金属试件23相对滑动，通过电机18带动丝杠19转动，从而使滑台11在竖直方向上移动，使岩样26与金属试件23相对滑动，金属试件23受到岩样26的摩擦力可根据拉压传感器B22所测数据计算得到。
（2）、相对振动，即只需要岩样26与金属试件23相对振动，控制振动机构5振动，带动岩样26相对于金属试件23座振动运动，金属试件23受到岩样26的摩擦力可根据拉压传感器B22所测数据计算得到。
（3）、相对滑动+相对振动，即岩样26与金属试件23同时做相对滑动和相对振动，通过电机18带动丝杠19转动，从而使滑台11移动，使岩样26与金属试件23相对滑动，同时控制振动机构5振动，带动岩样26相对于金属试件23座振动运动，金属试件23受到岩样26的摩擦力可根据拉压传感器B22所测数据计算得到。
Claims (3)
1.一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，其特征在于：包括工作台（1）、正压力施加机构（2）、滑动机构（3）、岩石夹持机构（4）和振动机构（5），
所述的正压力施加机构（2）固定在工作台（1）上方一侧，正压力施加机构（2）包括支座A（6）、转轴支架A（7）、拉压传感器A（10）、支座B（12）和万向球（14），支座A（6）固定在工作台（1）上，转轴支架A（7）的一端通过转轴A（8）铰接安装在支座A（6）上，另一端通过正反螺栓（9）与拉压传感器A（10）的一端紧固连接，拉压传感器A（10）的另一端与万向球支座（11）的一端连接，万向球支座（11）的另一端固定安装有多个万向球（14），支座B（12）固定在工作台（1）上，支座B（12）上通过转轴B（13）与转轴支架B的一端铰接相连，转轴支架B的另一端与万向球支座（11）的中部铰接相连；
所述的滑动机构（3）竖直安装工作台（1）上方中部，滑动机构（3）包括滑台座（15）、滑轨（16）、滑台（17）、电机（18）、关节轴承（19）、拉压传感器B（22）和金属试件（23），滑台座（15）垂直于工作台（1），滑台座（15）上沿竖直方向安装有两个相互平行的滑轨（16），滑台（17）与滑轨（16）滑动配合，滑台座（15）的中部竖直安装有丝杠（19），丝杠（19）的上端与电机（18）相连，丝杠（19）的中部螺纹部分与滑台（17）配合连接，滑台（17）通过连接件（21）与关节轴承（20）连接，关节轴承（20）与拉压传感器B（22）的一端传动连接，拉压传感器B（22）的另一端与金属试件（23）连接，所述的万向球（14）顶压在金属试件（23）的侧面上；
所述岩石夹持机构（4）设置于滑动机构（3）的前侧，岩石夹持机构（4）包括支撑架（24）和锁紧件（25），支撑架（24）的一侧开有用于容纳岩样（26）的凹槽，凹槽的开口方向朝向金属试件（23），凹槽的上方安装有用于固定岩样（26）的锁紧件（25）；
所述的振动机构（5）安装在工作台（1）的下部，振动机构（5）的输出端与支撑架（24）的底部传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，其特征在于：所述的万向球（14）有多个。
3.根据权利要求1所述的一种岩石-金属复合运动摩擦实验装置，其特征在于：所述的万向球支座（11）垂直于金属试件（23）的表面，且万向球支座（11）的轴线与岩样（26）对齐。
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN108801903B (zh) * | 2018-06-14 | 2020-08-11 | 东华大学 | 一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法 |
| CN112014093B (zh) * | 2020-09-03 | 2022-04-22 | 西南石油大学 | 钻井机器人摩擦块测试系统及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102747957A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 中国石油大学(华东) | 一种激发钻柱振动的钻井工具 |
| US8442777B1 (en) * | 2012-10-15 | 2013-05-14 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method for measuring rolling resistance |
| CN103163036A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-06-19 | 上海应用技术学院 | 振动磨损试验台 |
| CN104502182A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-08 | 西南石油大学 | 一种冲击旋转钻井实验装置 |
| CN204346854U (zh) * | 2015-01-14 | 2015-05-20 | 中国矿业大学 | 一种基于振动台的微动摩擦磨损试验机 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102747957A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 中国石油大学(华东) | 一种激发钻柱振动的钻井工具 |
| US8442777B1 (en) * | 2012-10-15 | 2013-05-14 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method for measuring rolling resistance |
| CN103163036A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-06-19 | 上海应用技术学院 | 振动磨损试验台 |
| CN104502182A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-08 | 西南石油大学 | 一种冲击旋转钻井实验装置 |
| CN204346854U (zh) * | 2015-01-14 | 2015-05-20 | 中国矿业大学 | 一种基于振动台的微动摩擦磨损试验机 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 一基于微凸体接触的钻柱纵向振动减摩阻;王鹏等;《中国石油大学学报( 自然科学版)》;20150228;第88-94页 |
| 横向振动对水平井眼中钻柱摩阻的影响研究;张会增等;《石油钻探技术》;20150531;第61-64页 |
| 水平井钻井用连续压力脉动减阻防卡工具研究;信石玉等;《石油矿场机械》;20141231;第98-102页 |
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