CN201392280Y - 圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置 - Google Patents

Abstract

一种圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置。主要解决现有的旋转杆柱测试装置不能测力的大小、且长时间使用后测量位移数据不准确的问题。其特征在于：外套筒(1)侧壁上固定有阀座(11)，阀座(11)中部有槽(14)，内部右侧有力传感器(12)，力传感器(12)左侧连接内置弹簧(10)的弹簧座(9)，弹簧(10)左侧置于阀杆斜头(8)内，阀杆斜头(8)上部为斜面(15)，位移传感器(2)下部触头穿过槽(14)与斜面(15)接触，阀杆斜头(8)左侧连接另一端与内杆柱(4)相接触的阀杆(5)。该测试装置具有可同时测量杆柱与井壁的接触力及杆柱的径向位移、测量结果准确、安装灵活的特点。

Description

圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置

技术领域：

本实用新型涉及油田钻井、采油领域所用的一种试验装置，具体的说是涉及圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置。

背景技术：

在模拟钻井、采油行业中所特有的细长杆柱旋转的工作状态时，试验装置不但模拟杆柱的旋转运动、轴向运动趋势，而且内杆柱与井壁之间有流体运动。在试验中，内杆柱与井壁的初始间隙可能不同，而杆柱与井壁的碰撞接触随井深和井眼圆周方向又呈随机分布状态。由于内杆柱处于旋转运动，在与井壁碰撞接触处，不仅有法向碰撞接触反力存在，还有摩擦阻力或阻力矩存在。如何保证密封状态下准确的测试出杆柱与井壁的接触力以及内杆柱的运动规律，成为了解旋转杆柱动力学行为的关键。

目前国内外尚无专用的杆柱测试装置的介绍，在钻柱动力学试验装置中，现有一种应用拉杆式位移传感器来测量位移的装置，内杆柱上安装有铝环，当内杆柱运动时，铝环带动其上的探针运动，位移传感器即可测出探针的位移量。由于杆柱运动的不确定性，因此当内杆柱在较长时间的运动后，探针因受力容易弯曲，导致测量数据的不准确性甚至憋针现象，影响测量结果。并且该装置只能测量位移，而不能测量杆柱与筒壁接触力的大小，在应用上有局限。

实用新型内容：

为了克服现有的旋转杆柱测试装置不能测力的大小、且长时间使用后测量位移数据不准确的不足，本实用新型提供一种圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，该圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置具有可同时测量杆柱与井壁的接触力及杆柱的径向位移、测量结果准确、安装灵活的特点。

本实用新型的技术方案是：一种圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，包括外套筒、内杆柱、力传感器、位移传感器，外套筒侧壁上固定有阀座，阀座中部上、下各有一个槽，阀座内部右侧有力传感器，力传感器左侧连接固定弹簧的弹簧座，弹簧左侧置于与阀座间隙配合的阀杆斜头内，阀杆斜头的上部为斜面，位移传感器下部触头穿过槽与斜面接触，阀杆斜头左侧连接另一端与内杆柱相接触的阀杆，且阀杆外部有与阀座固定在一起的密封圈座体。

上述的阀杆斜头上的斜面也可在其下部，相对应的位移传感器则在阀座下部。

上述的密封圈座体内、外与阀杆、阀座接触部位均有密封圈，阀座右侧有挡板。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案，阀杆斜头的斜面与位移传感器的触头接触，将内杆柱的径向位移转化为轴向位移来测量，克服了测量空间不足的问题；内杆柱径向移动时推动阀杆并压缩弹簧，当内杆柱与井壁接触时，阀杆斜头与弹簧座相接触，对力传感器产生推力，从而测量出内杆柱与外套筒的接触力；由于阀杆与内杆柱在弹簧力的作用下始终保持接触，将内杆柱的载荷传递给阀杆斜头及弹簧，因此，阀杆不会出现磨损及弯曲的现象，可以始终保持测量结果准确；安装简便，可根据需要在任意位置测量，若布置在圆筒X、Y方向上，可测得X、Y方向的位移和接触力，据此即可刻划每个测点在平面上的运动轨迹。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

图中1-外套筒，2-位移传感器，3-外套管卡子，4-内杆柱，5-阀杆，6-密封圈，7-密封圈座体，8-阀杆斜头，9-弹簧座，10-弹簧，11-阀座，12-力传感器，13-挡板，14-槽，15-斜面。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，一种圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，包括外套筒1、内杆柱4、位移传感器2、力传感器12，外套筒1侧壁上有孔，孔外部固定有中空的阀座11，阀座11中部上、下各有一个槽14，阀座11内部右侧有力传感器12，力传感器12左侧连接放置弹簧10的弹簧座9，弹簧10左侧置于阀杆斜头8内，阀杆斜头8与阀座11为间隙配合，可在其内自由滑动，阀杆斜头8上部为斜面15，位移传感器2下部触头穿过槽14与斜面15接触，斜面15的长度应大于外套筒1内径与内杆柱4的外径差，保证当阀杆斜头8移动时，位移传感器2的触头始终与斜面15接触；阀杆斜头8左侧连接阀杆5，阀杆5在弹簧10的力的作用下始终与内杆柱4接触，并且在初始状态下，内杆柱4在弹簧10的作用下靠在外套筒1内壁左侧，当内杆柱4向右移动时，阀杆斜头8随之向右移动，则斜面15推动位移传感器2的触头向上运动，从而将内杆柱4的径向位移转化为轴向位移通过位移传感器2测出，同时，当内杆柱4靠在外套筒1右侧壁时，阀杆斜头8与弹簧座9接触，对其产生推力，反应在力传感器12上，从而测出推力的大小。阀杆5外部有密封圈座体7，密封座体7与阀座11固定在一起，内、外与阀杆5、阀座11接触的部位均安装密封圈6，保证了该测试装置的密封性；阀座11的右部有挡板13，考虑安装方便，挡板13可以通过螺钉拧在阀座11上。

该测试装置还有另外一种实施方式，即阀杆斜头8上的斜面15在其下部，相对应的位移传感器2则在阀座11下部，其他部件的位置及连接不变。

工作时，将该测试装置安装在需测量的位置，低刚度弹簧10推动内杆柱4靠向外套筒1内壁左侧，此时弹簧力为零。当内杆柱4旋转时若径向移动，则推动阀杆5、阀杆斜头8移动，斜面15推动位移传感器2的触头上升，而将内杆柱4的径向位移转化为轴向位移由位移传感器2测出。当内杆柱4与外套筒1接触时，阀杆斜头8与弹簧座9相接触，对力传感器12产生推力，从而可以测量出内杆柱4与外套筒1的接触力。该测试装置布置在外套筒1的X、Y方向上，可测得X、Y方向的位移和接触力，据此可刻划每个测点在平面上的运动轨迹。

由于该测试装置将内杆柱4的径向位移转化为轴向位移来测量，因而克服了测量空间不足的问题；在测量位移的同时，力传感器12在阀杆斜头8及弹簧座9的作用下还可测出内杆柱4与外套筒1的接触力；由于阀杆5与内杆柱4始终保持接触，将内杆柱4的载荷传递给阀杆斜头8及弹簧10，因此，阀杆5不会出现磨损及弯曲的现象，可以始终保持测量结果准确；并且该装置安装简便，可根据需要在任意位置测量，为测试圆筒内旋转杆柱碰撞接触力与内杆柱运动规律提供了可靠的保障。

Claims (4)

1、一种圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，包括外套筒(1)、内杆柱(4)、传感器(2，12)，其特征在于：外套筒(1)侧壁上固定有阀座(11)，阀座(11)中部上、下各有一个槽(14)，阀座(11)内部右侧有力传感器(12)，力传感器(12)左侧连接内置弹簧(10)的弹簧座(9)，弹簧(10)左侧置于与阀座(11)间隙配合的阀杆斜头(8)内，阀杆斜头(8)的上部为斜面(15)，位移传感器(2)下部触头穿过槽(14)与斜面(15)接触，阀杆斜头(8)左侧连接另一端与内杆柱(4)相接触的阀杆(5)，且阀杆(5)外部有与阀座(11)固定在一起的密封圈座体(7)。

2、根据权利要求1所述的圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，其特征在于：阀杆斜头(8)上的斜面(15)在其下部，相对应的位移传感器(2)则在阀座(11)下部。

3、根据权利要求1或2所述的圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，其特征在于：密封圈座体(7)内、外与阀杆(5)、阀座(11)接触部位均有密封圈(6)。

4、根据权利要求1或2所述的圆筒内旋转杆柱碰撞接触测试装置，其特征在于：阀座(11)右侧有挡板(13)。

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