本發(fā)明涉及圓柱形工件測力裝置，特別適用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的推靠力測量。

背景技術(shù)：

隨著鉆井向大位移井、水平井、分支井等方向發(fā)展，所鉆遇的地層（如高陡構(gòu)造大傾角地層）構(gòu)造越來越復(fù)雜，這些地層的“防斜打快”問題是鉆井工程技術(shù)中的重點和難點。目前，國內(nèi)防斜打直技術(shù)歸納起來主要有剛性滿眼鉆具組合防斜技術(shù)、鐘擺力糾斜技術(shù)、離心力防斜、糾斜技術(shù)、利用鉆具彎曲防斜、糾斜技術(shù)、“動力鉆具＋MWD”復(fù)合鉆井防斜、糾斜技術(shù)等。由于“動力鉆具＋MWD”復(fù)合鉆井防斜、糾斜技術(shù)糾斜能力強，可廣泛應(yīng)用于各級別存在傾斜趨勢地層的防斜、糾斜，其中自動化鉆井系統(tǒng)的防斜、糾斜效果更好，在國外，相關(guān)成熟產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、自動垂直鉆井系統(tǒng)等。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)RSS分為推靠式和指向式兩種，推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)RSS目前應(yīng)用較為廣泛，其工作原理是利用鉆柱內(nèi)外壓差驅(qū)動活塞推靠井壁從而在鉆頭處產(chǎn)生側(cè)向力，推靠井壁力的方向根據(jù)井眼軌跡由控制部分實時調(diào)整，通過調(diào)節(jié)活塞拍打井壁的次數(shù)就相當(dāng)于實現(xiàn)調(diào)節(jié)作用力的大小。但是在設(shè)備運行過程中，由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)不停旋轉(zhuǎn)，使得其造斜機構(gòu)的推靠位置不停變化，給其造斜力大小的檢測及信號采集帶來一定的難度，從而導(dǎo)致推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的推靠力難以準(zhǔn)確測量，引起鉆頭處圓柱向力難以精確計算，嚴(yán)重時會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的“防斜打快”功能失效，導(dǎo)致井眼的報廢，給鉆井公司造成巨大的經(jīng)濟和社會效益損失。因此，開發(fā)設(shè)計一種可以測量圓柱形工件圓柱面上周期性作用力的測力裝置具有較大應(yīng)用價值，特別是設(shè)計出針對石油鉆井行業(yè)中的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)RSS的活塞推靠井壁的作用力的測量裝置具有重要意義。

目前還沒有相關(guān)的裝置出現(xiàn)，然而對于石油鉆井行業(yè)井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的地面流體試驗來講，又迫切需要這種可以測量圓柱形工件圓柱面上周期性作用力的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種可以實現(xiàn)對圓柱形工件圓柱面上周期性作用力的測量，并且可以對石油工業(yè)應(yīng)用的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具推靠井壁側(cè)向力進行精確測量的圓柱形工件測力裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種圓柱形工件測力裝置，主要由測力裝置本體15和設(shè)置在測力裝置本體15上的測力機構(gòu)1、鎖緊機構(gòu)2組成。所述測力裝置本體15為內(nèi)表面光滑、外表面均分六個平面的外六方體，每個平面上沿軸心開設(shè)通孔；測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2各為三個，并交替設(shè)置在測力裝置本體15外的六個平面上。所述測力機構(gòu)1包括內(nèi)設(shè)T型腔的殼體12，殼體12內(nèi)自下而上依次設(shè)置測試頭9、下壓蓋8、彈簧7、上壓蓋6、頂緊螺桿16、壓力傳感器5和壓蓋4，其中，測試頭9下段與殼體12凸頭內(nèi)腔滑動密封配合，測試頭9上段與下壓蓋8、彈簧7、上壓蓋6穿插配合，壓蓋4與殼體12開口端封蓋配合，頂緊螺桿16下段螺紋與壓力傳感器5旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16上段設(shè)有環(huán)形凸沿，與壓蓋4下面的環(huán)形凹槽旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16通過小壓蓋17與壓蓋4連接將其軸向限定，頂緊螺桿16上端穿過壓蓋4與調(diào)整手柄3連接。所述鎖緊機構(gòu)2包括內(nèi)設(shè)T型腔的殼體12，殼體12內(nèi)設(shè)置頂緊壓頭19和頂緊螺桿16和壓蓋4，其中，頂緊壓頭19下段與殼體12凸頭內(nèi)腔滑動密封配合，壓蓋4與殼體12開口端封蓋配合，頂緊螺桿16下段螺紋與頂緊壓頭19擴徑段內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16上段設(shè)有環(huán)形凸沿，與壓蓋4下面的環(huán)形凹槽旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16通過小壓蓋17與壓蓋4連接將其軸向限定，頂緊螺桿16上端穿過壓蓋4與調(diào)整手柄3連接；測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2均通過其殼體12下端凸頭與測力裝置本體15上的通孔插接配合，并由殼體12周邊的螺栓14、螺孔與測力裝置本體15固定。

上述方案還包括：

測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2的殼體12內(nèi)壁軸向開設(shè)滑槽，在測力機構(gòu)1上壓蓋6和鎖緊機構(gòu)2的頂緊壓頭19上分別設(shè)有導(dǎo)軌18，導(dǎo)軌18與滑槽構(gòu)成軸向滑動配合。

在測力機構(gòu)1測試頭9、下壓蓋8之間設(shè)有兩片碟簧10，兩片碟簧10同軸心放置。

測力機構(gòu)1的上壓蓋6、彈簧7、下壓蓋8、碟簧10通過測試頭9上端螺母配合固定在測試頭上。

在測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2的殼體12底部凸頭的內(nèi)外壁分別設(shè)置密封圈20。

本發(fā)明的有益效果是：其結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝，可靠實用，通過鎖緊機構(gòu)可以實現(xiàn)對所要測量的圓柱形工件的裝夾，調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)和測力機構(gòu)，可以實現(xiàn)對不同直徑的圓柱形工件進行鎖緊以及測量；測力機構(gòu)中包括一個彈簧和兩片碟簧，在工作時，通過彈簧和碟簧進行作用力的傳遞，從而使得整體力的測量精度得到大幅度提高；該裝置可以在圓柱形工件不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實現(xiàn)對圓柱形工件圓柱面上周期性作用力的測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的測力機構(gòu)剖視圖；

圖3為本發(fā)明的鎖緊機構(gòu)剖視圖。

圖中：1為測力機構(gòu)，2為鎖緊機構(gòu)，3調(diào)整手柄，4為壓蓋，5為壓力傳感器，6為上壓蓋，7為彈簧，8為下壓蓋，9為測試頭，10為碟簧，11為壓蓋螺母，12為外殼， 14為螺栓，15為測力裝置本體，16為頂緊螺桿，17為小壓蓋，18為導(dǎo)軌，19為頂緊壓頭,20為密封圈，21為殼體外凸沿。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。

如圖1所示，一種圓柱形工件測力裝置，主要由測力裝置本體15和設(shè)置在測力裝置本體15上的測力機構(gòu)1、鎖緊機構(gòu)2組成。所述測力裝置本體15為內(nèi)表面光滑、外表面均分六個平面的外六方體，每個平面上沿軸心開設(shè)通孔；測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2各為三個，均通過螺栓14交替固定在測力裝置本體15外的六個平面上。

如圖2所示，測力機構(gòu)1包括內(nèi)設(shè)T型腔的殼體12，殼體12內(nèi)自下而上依次設(shè)置測試頭9、下壓蓋8、彈簧7、上壓蓋6、頂緊螺桿16、壓力傳感器5和壓蓋4，其中，測試頭9下段與殼體12凸頭內(nèi)腔滑動密封配合，測試頭9上段與下壓蓋8、彈簧7、上壓蓋6穿插配合，壓蓋4與殼體12開口端封蓋配合，頂緊螺桿16下段螺紋與壓力傳感器5旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16上段設(shè)有環(huán)形凸沿，與壓蓋4下面的環(huán)形凹槽旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16通過小壓蓋17與壓蓋4連接將其軸向限定，頂緊螺桿16上端穿過壓蓋4與調(diào)整手柄3連接。

如圖3所示，鎖緊機構(gòu)2包括內(nèi)設(shè)T型腔的殼體12，殼體12內(nèi)設(shè)置測試頭9和頂緊螺桿16和壓蓋4，其中，測試頭9下段與殼體12凸頭內(nèi)腔滑動密封配合，壓蓋4與殼體12開口端封蓋配合，頂緊螺桿16下段螺紋與頂緊壓頭19擴徑段內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16上段設(shè)有環(huán)形凸沿，與壓蓋4下面的環(huán)形凹槽旋轉(zhuǎn)配合，頂緊螺桿16通過小壓蓋17與壓蓋4連接將其軸向限定，頂緊螺桿16上端穿過壓蓋4與調(diào)整手柄3連接；測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2均通過其殼體12下端凸頭與測力裝置本體15上的通孔插接配合，并由殼體12周邊的螺栓14、螺孔與測力裝置本體15固定。

更進一步：

測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2的殼體12內(nèi)壁軸向開設(shè)滑槽，在測力機構(gòu)1上壓蓋6和鎖緊機構(gòu)2的頂緊壓頭19上分別設(shè)有導(dǎo)軌18，導(dǎo)軌18與滑槽構(gòu)成軸向滑動配合，主要起到滑動導(dǎo)向的作用。

在測力機構(gòu)1測試頭9、下壓蓋8之間設(shè)有兩片碟簧10，兩片碟簧10同軸心放置。

測力機構(gòu)1的上壓蓋6、彈簧7、下壓蓋8、碟簧10通過測試頭9上端螺母配合固定在測試頭上。

在測力機構(gòu)1和鎖緊機構(gòu)2的殼體12底部凸頭的內(nèi)外壁分別設(shè)置密封圈20。

本發(fā)明的工作過程如下：調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)和測力機構(gòu)，可以對不同直徑的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具進行裝夾鎖緊，通過調(diào)整手柄，可以保證旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具外圓周面與鎖緊機構(gòu)均勻接觸，當(dāng)夾持的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具處于不旋轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)手柄調(diào)整測試頭 與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具之間的距離，使得測試頭輕微壓在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具圓周面上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具處于工作狀態(tài)時，啟動泵，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具內(nèi)部有流體流過，此時，在鉆柱內(nèi)外壓差作用下，驅(qū)動活塞會產(chǎn)生側(cè)向推靠力，推靠力迫使測試頭沿著軸向方向移動，此時產(chǎn)生的側(cè)向力經(jīng)過碟簧和彈簧的聯(lián)合傳遞作用到達壓力傳感器，這樣經(jīng)過碟簧跟彈簧的聯(lián)合傳遞作用，使得測得的圓柱形工件圓柱面上的周期性作用力更加準(zhǔn)確。