本發(fā)明涉及隨鉆測井技術領域的一種導向工具測試裝置，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)導向工具的翼肋支出測試裝置。

背景技術：

旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術在國內(nèi)外鉆井行業(yè)中的應用日趨增多，取得了可觀的經(jīng)濟效益。由于旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具工作過程中的導向翼肋推力大小、推靠順序、延時時間、下傳指令接收及其工具工作模式轉(zhuǎn)換等需要在室內(nèi)完成相關實驗工作，這就需要專門的翼肋測試裝置來檢驗旋轉(zhuǎn)導向機構的性能指標，指導相關設備的軟硬件設計與改進。

國外技術公司能夠提供系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術服務和商業(yè)化的旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具。如斯倫貝謝、貝殼休斯等大型石油儀器公司都自行研制開發(fā)了相關的旋轉(zhuǎn)導向工具及導向翼肋測試設備。通過在地面條件下模擬使國外公司旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的可靠性和市場競爭力大大提高。這些測試設備均屬國外公司自行研制開發(fā)和自己應用，由于技術保密的緣故，尚無相關技術信息的公開。

國內(nèi)由于起步較晚，尚未開發(fā)出類似的可旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試設備。幾家研究機構雖然開展了這方面的工作，多數(shù)處在實驗室階段，有的研究機構雖然也能模擬導向翼肋的支出情況，但實驗加載環(huán)是通過液壓管線將專用測試油注入到加載環(huán)內(nèi)，利用液壓變化定性的判斷翼肋的支出情況，這種設備存在的問題在于由于需要管線與加載環(huán)連接，導致旋轉(zhuǎn)導向工具外殼實際是無法旋轉(zhuǎn)的，只能靠工具內(nèi)軸的旋轉(zhuǎn)和安裝在外殼上的旋轉(zhuǎn)磁場模擬器達到試驗的目的，這種測試無法滿足現(xiàn)場鉆井實際，即無法準確計算翼肋實際支出的方位角度也無法精確判斷支出力的大小，不能滿足旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的單元及整體性能測試要求，影響了國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的研發(fā)水平和速度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對國外相關技術的封鎖和國內(nèi)技術的空白狀態(tài)，提供一種導向機構工作過程中測量翼肋實際支出位置和支出力大小，為導向機構控制系統(tǒng)與控制算法的改進、機械與傳動機構的優(yōu)化等工作提供技術保障的旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試裝置。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試裝置，包括底座、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、聯(lián)軸器和支撐軸承，在連接軸上安裝角度位置測量裝置，還包括：與旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋感應區(qū)域外套接配合的翼肋測試環(huán)，翼肋測試環(huán)上安裝測力傳感器。

上述方案進一步包括：

所述翼肋測試環(huán)采用環(huán)狀的翼肋測試環(huán)骨架，三個測力傳感器均布在翼肋測試環(huán)骨架內(nèi)壁，三個測力傳感器通過設置在翼肋測試環(huán)骨架上的導線槽連接到翼肋測試環(huán)骨架上的傳輸模塊。

所述翼肋測試環(huán)骨架是兩個半環(huán)體通過對合端的連接軸和鎖緊螺絲連接構成，或者是一個圓環(huán)體通過周邊徑向分布的縮緊螺絲構成；所述測力傳感器采用LVDT位移傳感器或電阻應變式傳感器。

所述傳輸模塊為無線傳輸模塊，同時與之配套的還有無線接收器、主控單元和計算機。

本發(fā)明所具有的有益效果是：通過旋轉(zhuǎn)導向工具測控系統(tǒng)測量并控制翼肋支出的方位位置與角度位置測量裝置精確計算的方位角度對比，優(yōu)化導向機構翼肋控制方法，提高控制精度；通過導向工具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下加載翼肋測試環(huán)，實現(xiàn)翼肋控制時序和推靠力的大小的準確測定，從而判斷巴掌推出的位置及力的大小，進一步分析旋轉(zhuǎn)導向工具的導向能力；另外本發(fā)明很好的利用了現(xiàn)代無線通訊技術，使數(shù)據(jù)采集與傳輸、控制更為簡便。

附圖說明

圖1旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試裝置框圖；

圖2是圖1中翼肋測試環(huán)的結構放大圖；

圖3無線數(shù)據(jù)傳輸框圖；圖中：

1 安裝底座 2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置 3 角度位置測量裝置

4 聯(lián)軸器 5 數(shù)據(jù)通信接口 6 支撐軸承

7 旋轉(zhuǎn)導向工具 8 無線傳輸模塊 9 導向翼肋

10翼肋測試環(huán) 11信號采集電路 12無線發(fā)射器

13天線 14無線接收器 15主控單元

16計算機 17連接軸承 18測力傳感器

19緊固螺絲 20信號傳輸線 21翼肋測試環(huán)骨架。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步描述。

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試系統(tǒng)包括：安裝底座1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2、角度位置測量裝置3、聯(lián)軸器4、支撐軸承6、旋轉(zhuǎn)導向工具7、翼肋測試環(huán)10、無線傳輸模塊8和計算機16。

安裝底座1上固定有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2和軸承座21，旋轉(zhuǎn)導向工具通過被固定在軸承座上的兩個軸承6支撐，保持轉(zhuǎn)動過程中的平衡和位置不變；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2主要用于帶動旋轉(zhuǎn)導向工具7旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2的輸出軸通過聯(lián)軸器4與旋轉(zhuǎn)導向工具7連接軸相連。在聯(lián)軸器4之間安裝有角度位置測量裝置3，工作過程中角度位置測量裝置3、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2以及旋轉(zhuǎn)導向工具7同軸同步轉(zhuǎn)動。通過數(shù)據(jù)線連接旋轉(zhuǎn)導向工具數(shù)據(jù)通訊接口5和計算機設置軟件，可以預設旋轉(zhuǎn)導向工具7內(nèi)部的測控系統(tǒng)控制導向翼肋9支出的方位角大??；旋轉(zhuǎn)導向工具7在轉(zhuǎn)動過程中，測控系統(tǒng)判斷出當前方位角度大小，當方位角等于計算機設置軟件設置的方位大小時，通過控制旋轉(zhuǎn)導向工具7內(nèi)部的油壓泵給與導向翼肋9相連的油腔注油，為翼肋的支出提供動力，從而控制翼肋在支出。

角度位置測量裝置3安裝后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2運行前，需要通過角度位置測量裝置3輸出的零位脈沖或者數(shù)字代碼來確定角度位置測量裝置3的零位參考位置，同時將對應的位置標注在旋轉(zhuǎn)導向工具7的鉆鋌外壁上；保持旋轉(zhuǎn)導向工具7靜止，通過測量旋轉(zhuǎn)導向工具7的0°高邊位置到角度位置測量裝置3參考位置的方位角大小，就得到角度位置測量裝置3的零位參考位置對應的基準參考方位。

在圖1中，翼肋測試環(huán)10安裝固定在旋轉(zhuǎn)導向工具7的翼肋外圍區(qū)域，翼肋測試環(huán)10上相隔120°安裝有測力傳感器18，測力傳感器18的受力面與導向工具翼肋感應區(qū)域相對應，工作過程中翼肋測試環(huán)10與旋轉(zhuǎn)導向工具7同步轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)導向工具7的測控系統(tǒng)控制某一翼肋支出，支出的翼肋對相應的測力傳感器18產(chǎn)生作用力，測力傳感器18檢測到受力響應并計算受力大小。翼肋支出的同時，無線傳輸模塊8實時采集角度位置測量裝置3測量的方位角信息和測力傳感器18測量的壓力信號，進行解碼處理后通過數(shù)據(jù)通信接口5連接到安裝在計算機16上的處理軟件進行顯示和存盤。

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋推靠力測試裝置結構圖。由翼肋測試環(huán)骨架21、連接軸承17、測力傳感器18、緊固螺絲19和信號傳輸線20共同組成翼肋測試環(huán)10。翼肋測試環(huán)10結構為剖分套筒式，分上下兩個半環(huán)并通過連接軸承17連接在一起，可以直接套裝在旋轉(zhuǎn)導向工具7的導向翼肋9外圍。測試骨架21內(nèi)側相隔120°設計有圓形的凹槽，同時設計有固定測力傳感器18的螺絲孔，測力傳感器18受力面向內(nèi)安裝在凹槽內(nèi)，測力傳感器18的頂部突起面為受力面。翼肋測試環(huán)10通過緊固螺絲19不斷與旋轉(zhuǎn)導向工具7夾緊，緊固前要求三個測力傳感器18處于上電工作狀態(tài)并通過信號連接線20與無線傳輸模塊8連接。無線傳輸模塊8實時采集和處理測力傳感器18的壓力信號并通過數(shù)據(jù)通信接口5連接到計算機16，計算機16安裝有處理軟件實時顯示測力傳感器18的受力情況。緊固過程中旋轉(zhuǎn)導向工具7的三個導向翼肋9接觸并使測力傳感器18承受一定的壓力，直到翼肋測試環(huán)10與旋轉(zhuǎn)導向工具7固定牢固并在旋轉(zhuǎn)過程中不發(fā)生相對移動，旋轉(zhuǎn)導向工具7翼肋支出時推靠力的大小就可以通過計算機16安裝的處理軟件實時顯示出來。

圖3為旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試裝置和計算機之間進行無線數(shù)據(jù)通訊示意圖。由信號采集電路11、無線發(fā)射器12組成無線傳輸模塊8，并與天線13、無線接收器14、主控單元15、計算機16組成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。無線傳輸模塊8采用雙壓控振蕩器來分別產(chǎn)生用于接收和發(fā)射的射頻信號。信號采集電路11實時采集測力傳感器18壓力信號和角度位置測量裝置3的脈沖信號并進行解碼處理，同時可監(jiān)測傳感器斷線、短路或正常工作等狀態(tài)。當信號采集電路11采集檢測到壓力信號大于基本參考壓力值時同步記錄角度位置測量裝置3的脈沖信號，并將這兩個同時間點采集數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射器12，無線接收器13采集無線發(fā)射器12傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主控單元15協(xié)調(diào)與計算機之間的通信并通過數(shù)據(jù)通信接口5發(fā)送到安裝在計算機16上的處理軟件，用于顯示和存儲翼肋推靠力的大小和翼肋感應區(qū)對應的位置，實現(xiàn)模擬旋轉(zhuǎn)導向工具7在鉆井旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下翼肋的支出檢測和旋轉(zhuǎn)導向工具7內(nèi)部測控系統(tǒng)的方位控制精度。

通過無線通訊可以節(jié)省旋轉(zhuǎn)導向工具翼肋測試系統(tǒng)各通訊線的布置，又可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下翼肋推靠力大小和方位角度的測量。