旋转导向钻井工具实验台夹具设计

浅谈旋转导向钻井工具实验台的夹具设计

【摘要】随着以旋转导向钻井系统为核心的钻井技术的发展，旋转导向钻井工具实验台能够模拟旋转导向钻井工具在井下的正常工作情况下，改变旋转导向工具的旋转速度，测量在不同的旋转速度下的压力、流量等参数，并通过控制面板上的压力表和流量表来测量出具体的数据，加以分析。本文很好地的解决了旋转导向钻井工具在实验台的夹持固定，确保了实验的顺利进行。

【关键词】旋转导向钻井工具；实验台；夹具

0.引言

井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心，它是实现旋转导向的根本。井下实时控制系统或地面监控系统能按照预置或要求的三维井眼轨迹，根据测量信息，对井下工具进行实时控制或遥控。测量与传输系统应能测出近钻头处井眼的空间姿态信息，并能及时传送给井下微电脑以及地面计算机。测量的信号经过处理成为新的控制指令。井下实时控制系统或地面监控系统发出控制指令使井下旋转导向钻井按照控制指令进行动作，从而实现井眼轨迹的旋转导向控制。目前，旋转导向钻井工具试验台的研究方面已经取得了一定的突破，出现了一些试验设备，由于旋转导向钻井工具的在实验台上夹持固定所限制，试验台的技术还不是很成熟，仍然处在发展阶段。

1.实验台夹持装置整体布局设计

用实验的方法来测量模拟的现场旋转导向钻具的工作情况来测

定旋转导向钻井工具在不同转速的工作情况是的压力、流量。由于旋转的动力来源是电机通过减速器，带动皮带轮传递扭矩；而液体的来源主要靠电机带动离心泵用液体的压力差抽水，所以此实验属于液压实验的范畴，目前国内已经有这方面的研究，但由于钻具的刚度和其它技术方面所限制所以在技术上还有待进一步的发展。根据旋转导向钻井工具的数据要求，参照以往此类实验台的数据，和有关旋转导向钻井工具的性能、工作原理，以下思整体够思如图（1.1）所示：

图1.1 旋转导向钻井工具实验台

图中的支撑架、旋转导向钻井工具支撑板、辅助支架、以及底座都是辅助机构。其中整体支架和底座是最基本的构件之一，它的作用是支撑整个实验仪器，以及固定传动构件如：电机、离心泵、水箱、支撑板等实验仪器，并把实验仪器稳定的放在地面上。另外，它的宽度、长度和材料构成整体的外形尺寸还决定了整套实验仪器的空间的整套实验设备的稳定等。导向钻井工具支撑板是比较重要的一个辅助结构，因为它要与导向钻井工具的夹具直接接触，并将其固定牢靠，所以对这个支架的要求较高。具体要求是：1.保证材料强度满足实验需要，不能出现支撑板弯折现象；2.保证其夹具与导向钻井工具外表面紧密接触，不能出现空隙；3.两个t型槽间的距离要适中，保证夹具的底座稳定的上在支撑板上使其紧固的将旋转导向钻井工具固定。由于导向钻井工具是直径为178mm的一个圆柱体所以不用担心它的刚度问题，对它的加紧装置进行了设计，将

它的中心线与夹具和皮带轮的中心线保证同一直线，两端通过轴承内圈将其固定，轴承的外圈转动，而用加紧装置对轴承的外圈加以固定，这就保证了旋转的要求，另外在轴承的两端加以毡圈起到密封作用，钻具的两端用活接头加以连接，则只需要对活接头加以固定即可，在加紧机构的腔体外侧是快换接头，对钻具接头，和水管进行连接，将其末端连入测量装置通过面板得出具体需要测量的数据。

导向钻井工具的连接和固定方面，使旋转导向钻井工具在转动时轴承的内圈进行转动，而外圈被外端的夹紧装置固定，因此保持不动，改变钻具的转动速度而测量钻具内留经液体的流量和压力，从而测量导向钻井工具内部的液体压力参数。具体夹具设计如图1.2 1-夹紧装置底座.2-螺纹官接头.3-密封垫圈.4-夹具壳体.5-轴

承端盖.

6-轴向定位顶丝.7-旋转导向工具活接头.8-旋转导向钻具.9-支撑板.

10-壳体紧固螺钉.11-套筒.12-锥性夹紧环.13-向心磙子轴承. 14-夹紧装置上盖.15-套筒.16-密封毡图

图1.2 夹紧装置设计原理图

图中所采用的夹紧装置是根据实验台工作的需要所针对性的设计，在具体的应用，对部件的安装较为简便，但这种加紧装置在对钻具的密封方面要求非常严格，在设计过成中已经考虑了这方面的要求，因此，在腔体里装有密封圈，和毛毡所选的轴承与钻具的内

径不相匹配，因而采用了锥型夹紧套圈，对轴进行装紧，防止间隙配合导致松动，钻具无法旋转。

锥形夹紧环的设计选择：

在轴与轴承在具体的匹配上不适合，则为了保证轴承能够正常的传递扭矩，应采用一定的办法，其中一种就是采用锥形夹紧环，它的应用原理就是利用两个锥形的套圈相互挤压，从而达到传递扭矩的目的，它的几何尺寸如图所示：

可选则外径为200mm、内径为178mm的锥形夹金紧环。

2.夹紧装置压板和底座的设计

在本实验台的设计过程中要将旋转导向钻具牢固的放在实验台

上进行工作的话，加紧装置中的压板和底座的设计是必不可少的，对其要求就是：要有良好的对中性，夹持要稳定。根据所要设计的夹紧装置的要求，所设计的压板和底座的外形尺寸如图：

采用这种夹紧方法不仅能够将所设计的夹具稳定、牢固的安装在支撑板上，其结构非常简单，具有较好的工艺性，能够满足本实验台的实验要求，有较好的对中性，此外为了减轻夹紧装置的重量和节省材料，设计中采用了在满足夹紧要求的情况下，尽量用较少的材料，如图中的压板厚度为10mm，底座的厚度为20mm，在底座有底角螺钉，在支撑板的导轨上能够调整两夹紧机构的距离，这样大大加强了本实验台的测量距离，有较好的实用性。

3.结论

旋转导向钻井工具的夹紧装置具有结构简单、加（下转第180页）

（上接第179页）紧定位、准确，从产品的经济性、该夹具的体积、材料、工作时对环境的影响大小、夹持操作简单、安全，结构合理，节省材料，节省设计周期，达到结构和功能，技术与经济的有机结合，能搞保证旋转导向钻井工具的实验顺利完成。

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