新型大扭矩螺杆钻具试验台方案设计

解析螺杆钻具试验台卡钳的力学分析及计算摘要：随着石油开采需求的增加，相应的钻井难度也越来越大，因此在油田钻井当中对钻具的性能提出越来越高的要求，螺杆钻具是开采油田的主要钻具，并且螺杆钻具在现阶段石油钻井当中，使用试验台对螺杆性能进行检测是主要的途径，而卡钳的稳定性决定了螺杆钻具检测精度，因此对卡钳进行力学分析与计算有助于进一步提升试验台检测螺杆钻具的精度。

关键词：螺杆钻具；试验台；卡钳；受力分析引言本次研究的螺杆钻具试验台的床身、卡钳、传动装置可以满足不同规格螺杆钻具的装夹需求。

试验台卡钳性能直接决定了试验台检测螺杆钻具的效果，因此本次研究对螺杆钻具试验台卡钳进行受力分析，目的是为了增强试验台卡钳在检测螺杆钻具过程中的稳定性，确保螺杆钻具在钻井时的质量与效果。

1.试验台结构图1 试验台结构本试验台为旋转螺杆钻具转子且密封性能出众的螺杆钻具专业检测设备，由A、B、C、D四部分共同组成，A为前座，B为后座，C为卡持推动总成，D为后卡持。

A端与电机、减速器、动力传动相连构成总成，传动总成输出端连接位置有输液管螺杆钻具，两个螺杆钻具之间存在卡持推动总成，移动装卡结构具有转角与高度调节装置。

[1]2.试验台装卡装置2.1装卡该试验台的装卡装置存在三种形式：可控制转角、高度的转角装卡结构；可移动装卡装置；螺杆钻具输出端、钻具扶正装置中间固定装卡装置，通过双作用油缸控制每一种装卡装置的卡钳松紧，可以实现卡台移动与老姑夹持。

2.2卡钳受力分析图1 卡钳受力分析图螺杆钻具被卡钳夹紧时，螺杆钻具会旋转产生扭力。

已知在卡钳夹紧螺杆钻具的条件下，扭力、夹紧力会产生相同的扭力。

螺杆钻具被夹紧以后，卡钳表面所产生的径向支反力FN1、FN2，液压油缸对卡钳左右产生的推力记为FM、FM1，且存在FM 、FM1。

根据力平衡方程计算径向反支力FN1：（1）解：（2）根据右侧卡钳力平衡计算：（3）从卡钳受力整体的角度出发，结合螺杆钻具力学平衡条件：（4）式中：D-被卡螺杆钻具直径；F1-左侧卡钳与螺杆钻具表面摩擦力，且F1=N1f；F2-右侧卡钳与螺杆钻具表面摩擦力，且F2=N2f；1.卡钳与螺杆钻具表2.面咬合系数由此计算螺杆泵壳体受到的总径向夹紧力：（5）将动载荷系数K考虑进来以后得出实际径向夹紧力：（6）选取最大扭矩M=15KN·m，螺杆钻具最大直径D=2.86cm，f=0.7，K=1.5，最终计算得出将最终计算得出的卡钳夹紧力记为Fs，3.试验台装卡机构3.1转角转卡转角转卡的安装位置选择在靠近试验台前端，转角转卡采用双卡钳，并且双卡钳并列使用，在满足转角装卡的同时还可以实现在马达、齿条作用下沿床身移动，卡钳在加紧螺杆钻具以后可以按不同角度、长度沿床身横向移动、以卡钳为中心旋转。

螺杆钻具实验台数据采集管理系统设计
随着螺杆钻具在海洋钻井平台上的广泛应用,对其的性能要求也是越来越高。

传统的试验台手工测试已经不能满足高精度、实时性的要求。

为此,本课题在充分了解现有螺杆钻具试验台组成和测试原理的基础上,应
用现代检测技术、计算机技术,并考虑到螺杆钻具本身的工作特点,设计了基于计算机的数据采集管理系统。

数据采集部分硬件结构形式采用基于PCI总线的多通道一般型,主要由计算机、32通道高速数据采集卡、压力传感器、流量传感器、转速传感器、扭矩传感器、信号转换电路等组成。

为了保证系统正常工作,减少采样通道系统误差影响,研究了采样通道标定
方法及数据标度变换方法。

同时,考虑到试验台本身的干扰情况,还对所设计的数据采集系统的抗干扰技术进行了研究,采取了一系列措施以提高系统的可靠性和抗干扰能力。

应用Visual Basic 6.0编程语言和PCI-8310数据采集卡随机附带的Windows标准动态链接库完成了系统的软件设计。

该软件在软件工程学的指导下,面向对象编程思想贯穿于整个开发过程,软件界面设计简单、易操作,独立的模块方便进一步扩充功能。

软件设定了7个通道可以同时采集压力、流量、转速、扭矩、温度等信号,并能根据采集到的数据自动计算功率、效率等参数。

通过系统硬件、软件的协调工作,实现了试验台各种性能参数的数据采集、实时显示、曲线拟合、报告打印等功能,实际运行结果较为满意。

总之,本系统将数据采集与处理、信息管理二者有机的联系起来,满足了试验要求,达到了设计标准,具有较强的实用价值。

电子信息工程及相关专业毕业论文题目基于NS-2 的视频传输仿真平台的构建便携红外防盗器的设计基于单片机的数字人体心率计的设计与实现基于单片机的交通灯控制系统基于ＡＶＲ单片机的通用智能充电器的设计基于单片机的锂离子电池充电器的设计设计实例1：数控步进直流稳压电源设计实例2：全自动干手器设计实例3：多路红外遥控开关装置设计设计实例4：太阳能热水器水位计的设计设计实例5：汽车前大灯自动控制器设计实例6：电动自行车调速系统设计实例7：数字温度控制器的设计设计实例8：超低功耗超声车距报警器的设计设计实例9：红外线水龙头控制电路的设设计实例10：彩灯循环控制电路的设计设计实例11：LED 点阵显示屏设计实例12：多功能数字时钟的设计设计实例13：555 家用防盗报警器设计实例14：数字采集与显示系统设计实例15：红外遥控电风扇的设计设计实例16：多路触摸音响报警器设计实例17：室内综合安防系统—监测报警控制中心设计实例18：篮球竞赛30 秒计时器设计实例19：基于AT89C2051设计的秒倒计时器设计实例20：声光控走廊灯电路设计设计实例21：可编程控制器抢答器设计实例22：LED 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数据挖掘在电子商务中的应用研究电子商务信息安全管理系统基于信息技术范式山西旅游产业电子商务发展研究电子信息行业上市公司多元化经营与企业绩效关系研究高校应用本科人才培养模式实施效果的研究邮政电子商务信息平台的研究与应用数字水印技术在电子警察信息处理系统中的应用B2B 电子商务安全和企业内信息安全的研究电子信息技术作为艺术的表达方式电子散斑干涉技术及条纹图信息提取的研究电子商务环境下基于供应链管理的第四方物流信息系统研究信息技术与普通中学《电子技术》课程整合教学应用与研究电子商务法律问题研究油港设备维修交互式电子信息系统研究我国上市公司外汇风险暴露研究走出困境，再现辉煌电子商务下汽车零部件配送管理研究桥梁养护与电子地图远程管理信息系统研究金融电子化的信息安全保护技术研究打顶前后烟草miRNA表达谱的生物信息学分析及靶基因的电子克隆基于SOPC 的医疗电子信息处理模块研究基于B/S 结构的电子政务信息系统的研究与开发基于CAN 总线的作战车辆综合电子信息系统的研究第三方物流企业信息系统研究基于.NET 的电子化人力资源管理信息系统（E-HR）的设计与开发电子信息材料声参数分布SLAM 检测法研究基于敏捷制造的电子产业信息化实例研究RDF 在中国电子商务标准—cnXML中的应用运用财务及非财务信息建立电子业危机预警模型我国电子信息企业创新搜索研究高新技术产业集群风险及其防范对策外国直接投资对中国产业安全的影响研究德阳电业局职工培训电子课堂管理信息系统的设计与实现基于模糊层次综合评价法（FAHP）的课程体系结构评价研究玉米促丝裂原活化蛋白激酶家族基因的电子克隆及生物信息学分析产业集聚的形成与地区产业增长的研究电子信息行业企业R&D投入的影响因素研究传统企业发展电子商务的风险分析及对策研究基于电子信息技术的现代物流管理研究政府、市场与产业集群发展全球价值链上的产品开发知识溢出与OEM 企业持续成长电气机动车产品行人保护测试系统的开发研究摆动式机械手机构运动与PLC 控制的研究虚拟立体车库实训平台与PLC 教学汽车内饰面板激光弱化系统及其剩余厚度控制研究牵引变压器保护装置开发及理论研究舰船电力系统网络通用智能重构算法研究基于PLC 的微型CT 自动扫描系统的设计与研究轴承套圈漏工序自动检测与分选系统研究污水处理监测系统的设计与实现PXI/PCI总线设备驱动程序设计及应用乒乓机器臂的电气设计和实时系统开发有源电力滤波器的神经网络PI 控制器设计移动电离层测高仪天线系统的研究自动钻铆机数控托架控制系统设计开发基于m 序列的电缆拓扑结构检测仪引信高G 值长脉冲特性测试系统（电气部分）机械制造厂配电系统研究煤矿井下排水自动控制系统的研究电力自动化系统在埕岛油田海上采油平台的应用研究现代电动汽车电源系统研究线材水冷自动温控系统设计与分析基于IEC61970规范的电力系统可视化图形平台的研究数字化变电站的应用研究哈尔滨地区数字化变电站的方案设计与实施基于Web新技术的电力系统可视化图形软件的研究光纤光栅在输变电设备非电量在线监测中的应用研究监控视频界面随动自动切换竖井监控系统研究气动无线远程故障快速定位系统的研究压电激振球阀的优化及流量控制研究硬币生产物流自动化系统的研究与设计新型大扭矩螺杆钻具试验台方案设计基于PLC 的钢坯修磨机系统设计研究基于嵌入式Linux自动装锁设备控制系统的设计基于ARM9的空调自动化检测系统汕尾电网电能质量的监测及分析带钢纵剪自动化控制系统的应用研究基于PLC 的棒材打捆机控制系统设计基于LabVIEW 的小型熔断器电气特性测试自动化研究10kV开关柜遥控脱扣装置的研制接触器选相激磁及其检测技术大型变压器强迫油循环风冷自动控制系统设计基于PROFIBUS现场总线的PLC自动装配系统研制自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究三极管自动分选机硬件电路及其软件系统设计英汉名词标记性对比研究及其在高职英语词汇教学中的应用特高频法检测GIS局部放电的研究变电站综合自动化系统相关问题研究与应用ZQF-80KW直流电机能量反馈试验台研究京沪高速铁路天津南220kV牵引站输变电工程可研设计PROTOS70/80卷接机PLC 控制系统的设计电子GTEM 小室对电小尺寸辐射体辐射发射测试的研究基于STM32的智能家居控制系统的设计与开发共生理论视角下高技术产业集聚发展的机制研究战术数据链系统的仿真应用低碳经济视角下平板玻璃行业可持续发展研究基于DSP 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毕业论文(设计)题目学院学院专业学生姓名学号年级级指导教师教务处制表二〇一三年三月二十日电气工程及其自动化毕业论文题目本团队专业从事论文写作与论文发表服务，擅长案例分析、仿真编程、数据统计、图表绘制以及相关理论分析等。

电气工程及其自动化毕业论文题目:机动车产品行人保护测试系统的开发研究摆动式机械手机构运动与PLC控制的研究虚拟立体车库实训平台与PLC教学汽车内饰面板激光弱化系统及其剩余厚度控制研究牵引变压器保护装置开发及理论研究舰船电力系统网络通用智能重构算法研究基于PLC的微型CT自动扫描系统的设计与研究轴承套圈漏工序自动检测与分选系统研究污水处理监测系统的设计与实现PXI/PCI总线设备驱动程序设计及应用乒乓机器臂的电气设计和实时系统开发有源电力滤波器的神经网络PI控制器设计移动电离层测高仪天线系统的研究自动钻铆机数控托架控制系统设计开发基于m序列的电缆拓扑结构检测仪引信高G值长脉冲特性测试系统(电气部分）机械制造厂配电系统研究煤矿井下排水自动控制系统的研究电力自动化系统在埕岛油田海上采油平台的应用研究现代电动汽车电源系统研究线材水冷自动温控系统设计与分析基于IEC61970规范的电力系统可视化图形平台的研究数字化变电站的应用研究哈尔滨地区数字化变电站的方案设计与实施基于Web新技术的电力系统可视化图形软件的研究光纤光栅在输变电设备非电量在线监测中的应用研究监控视频界面随动自动切换竖井监控系统研究气动无线远程故障快速定位系统的研究压电激振球阀的优化及流量控制研究硬币生产物流自动化系统的研究与设计新型大扭矩螺杆钻具试验台方案设计基于PLC的钢坯修磨机系统设计研究基于嵌入式Linux自动装锁设备控制系统的设计基于ARM9的空调自动化检测系统汕尾电网电能质量的监测及分析带钢纵剪自动化控制系统的应用研究基于PLC的棒材打捆机控制系统设计基于LabVIEW的小型熔断器电气特性测试自动化研究10kV开关柜遥控脱扣装置的研制接触器选相激磁及其检测技术大型变压器强迫油循环风冷自动控制系统设计基于PROFIBUS现场总线的PLC自动装配系统研制自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究三极管自动分选机硬件电路及其软件系统设计英汉名词标记性对比研究及其在高职英语词汇教学中的应用特高频法检测GIS局部放电的研究变电站综合自动化系统相关问题研究与应用ZQF—80KW直流电机能量反馈试验台研究京沪高速铁路天津南220kV牵引站输变电工程可研设计PROTOS70/80卷接机PLC控制系统的设计。

螺杆钻具性能测试试验台V1.0使用说明二〇〇九年十二月一日一．系统概述1.测试目的螺杆钻具性能试验台是检测螺杆钻具整机性能指标的大型试验装置。

该装置测试螺杆钻具的各种性能参数，包括：钻具输出扭矩、输出转速、输出功率、输入功率、循环流量、入口液体压力、出口液体压力、入口介质温度、总效率等。

该试验台能够满足Φ120—Φ244规格螺杆钻具的全部性能测试，为评判螺杆钻具的制造、维修和现场应用提供准确的参数指标2.基本参数：加载扭矩范围（包括“测试扭矩”）： 0-1000 N·m转速测量范围： 0~1000转/分入口压力测量范围：0~12 MPa出口压力测量范围：0~1 MPa循环流量测量试范围：0~（35—40）l/s入口介质温度： 0—100℃测试螺杆钻具规格（外径）：φ120~φ244毫米台架主机外型（长×宽×高）：14×1.2×1.6(米)试验介质：清水3.测试原理根据螺杆钻具的实际工况，循环液（钻井液）是由地面往复式泥浆泵经过钻杆柱送至螺杆钻具的，其排量比较稳定；而螺杆钻具输出端负荷主要包括井底钻头破碎岩石时形成的反扭矩，以及钻头上的钻压作用于螺杆钻具的支撑轴承而形成的摩擦扭矩。

根据这一工作特点，可提出螺杆钻具性能测试的基本原理：通过循环系统向螺杆钻具的入口端输入液体，在使螺杆钻具的循环液体流量保持为某一给定值的前提，通过对螺杆钻具的动力输出端施加不同的扭矩载荷，使钻具在不同的制动扭矩下稳定工作，测试出钻具在不同工况下的输出扭矩T，输出转速n，循环流量Q，钻具入口压力P1，钻具出口压力P2等参数。

经过数据处理和运算后得出动力钻具的特性参数表格和特性曲线。

对螺杆钻具，以压降为横坐标，特性曲线包括，T—△P，n—△P ，Wout—△P，和η—△P特性曲线。

4.试验台主要组成及功能螺杆钻具整机性能试验台主要由实验架主机、测试系统和循环系统三大部分组成，4.1实验台主机实验台主机是构成实验台架所有机械装置的总称。

专利名称：一种螺杆钻具钻进实验装置
专利类型：实用新型专利
发明人：魏秦文,张士明,尹永清,孙宁武,王圣林,王瑞,肖鑫源,尹永奇,祖宝华
申请号：CN201921418099.1
申请日：20190829
公开号：CN211121904U
公开日：
20200728
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请提供一种螺杆钻具钻进实验装置，包括底座；底座上可滑动安装有移动支架；移动支架上设有用于固定障碍物的夹紧装置；底座上沿移动支架的滑动方向设有相应的加压推进装置；加压推进装置固定安装在固定支架上；固定支架与底座固定连接；夹紧装置和加压推进装置均设有用于检测压力的传感器。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过夹紧装置可对模拟岩层的水泥块进行固定，保证钻具在钻进过程中不会晃动；通过加压推进装置可对水泥块沿钻进方向施加压力；通过传感器来检测钻具破岩失效的最大轴向压力、扭矩等性能参数。

申请人：奥瑞拓能源科技股份有限公司
地址：065000 河北省廊坊市安次区龙河高新技术产业区富饶路118号
国籍：CN
代理机构：北京志霖恒远知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：韩亚伟
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螺杆钻具试验台卡钳的力学分析及计算唐剑，张强，吴志超（长江大学机械工程学院，湖北黄冈438300）摘要：螺杆钻具的出厂试验和性能试验均是在专用的试验台上进行的。

准备试验时，工作人员用卡钳将待测螺杆钻具固定在试验台上。

为提高试验的安全性，本文对卡钳进行了结构设计、力学分析计算、有限元分析。

关键词：螺杆钻具；卡钳；分析计算中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：2096-8736（2020）02-0050-02螺杆钻具是目前在钻井行业被广泛使用的一种液压机械。

随着油田开发深度不断加大，钻井难度越来越大，对螺杆钻具的性能要求也越来越高。

对螺杆钻具的性能要求不断提高，致使螺杆钻具性能试验的频次不断增大，对螺杆钻具试验台的安全性要求也越来越高。

为了提高试验安全性，本文对螺杆钻具试验台卡钳进行了设计研究。

1结构设计采用液压卡紧方式设计的螺杆钻具试验台卡钳结构如图1所示。

试验台工作时，利用左右两个V 型钳座卡紧待测钻具壳体；通过液压油缸驱动钳座在支撑轴上左右移动；通过牙板实现对待测螺杆钻具壳体周向和轴向的卡持定位；通过螺钉将卡钳的主要工作部件牙板固定在钳座上，可定期检查并更换损坏的牙板。

卡钳的夹持范围可满足Φ73~Φ286mm 钻具。

图1卡钳的基本结构2卡钳的力学分析计算当V 型卡钳上的钳牙夹紧螺杆钻具壳体时，由于螺杆钻具旋转，产生扭力。

根据卡紧的管柱力学条件可知：扭力与夹紧力产生的扭矩相等，受力情况如图2所示。

夹紧后，两V 型块的表面产生径向支反力F N 1和F N 2，F M 和F M 1分别为液压油缸对左右V 型块产生的推力，且F M =F M 1。

Mechanical Analysis and Calculation of the Clamp for Screw Drilling RigTANG Jian ，ZHANG Qiang ，WU Zhichao（College of Mechanical Engineering,Changjiang University,Huanggang,Hubei 438300,China ）【Abstract 】Screw drilling tools need to be carried out on a special test bench in the factory test and performance test.In order to ensure the safety of the experiment,the caliper is designed and analyzed by the mechanical calculation and the finite element method.【Keywords 】screw drill tool;calipers;analytical calculation作者简介：唐剑（1992—），男，湖北黄冈人，研究方向为机械结构与强度。

螺杆钻具试验台应用研究摘要:本文通过螺杆钻具实际工作特性和螺杆钻具试验台的试验原理及组成部分分析,对试验台的试验结果进行了分析研究。

关键词:螺杆钻具工作特性试验台组成分析1 引言概述随着钻井大提速的进行和油田中后期的开采,螺杆钻具起到了无可替代的作用,对其性能要求提出了更高要求的同时,对检验试验工作也提出了更高的要求。

为此,在充分了解螺杆钻具工作特性的的基础上,应用现代检测技术、计算机技术,并考虑到螺杆钻具本身的工作特点,设计的基于计算机的螺杆钻具试验系统,是未来螺杆钻具必不可少的检测方法。

2 螺杆简介螺杆钻具,又称定排量马达(PDM)是一种容积式井下动力钻具,由旁通阀总成,马达总成,万向轴总成,传动轴总成组成。

3 螺杆钻具的工作特性理论上螺杆钻具的出输出扭矩(M)与马达压降成正比;输出转速(n)与输入泥浆流量成正比。

随着负荷的增加,转速降低很少,地面控制容易,只要控制地面上压力表的数及泵的流量就控制住了井下钻具的转矩M及转速N。

事实上,螺杆马达存在转子与定子间的摩擦阻力和密封腔间的漏失,其它部分(如传动轴的轴承节)也存在机械损失和水力损失,因此,螺杆钻具存在机械效率ηm和水力效率ηv,其总效率为:η=ηmηv,因此螺杆钻具实际特性与理论特性间存在差异。

受水力效率ηv的影响,导致实际转速n随△p的增大而降低,△n=nT-n是由于马达定子橡胶衬套在△p作用下的变形和漏失所引起的,同时,转矩M仍与△p成线性关系,M随△p的增大而线性增加,表明螺杆钻具实际上仍有良好的过载能力,当钻压PB变大时,导致钻头阻力矩增加,此时马达压降△p增大导致马达转矩M增大,以克服阻力矩,但同时引起相应的转速降低。

当△p增大到临界值△pc时n=0,即钻头转速为零出现制动,此时转矩M 达到Mmax,称为制动力矩。

4 螺杆钻具试验台试验原理及组成系统4.1 整机试验原理从模拟螺杆钻井的实际使用工况出发,高压液体驱动螺杆钻具运转,在额定流量范围内,通过电磁刹车加载,完成对螺杆钻具的性能测试,并对相关的参数进行测量(MT,nT,Q,△p),再通过试验分析软件,对试验数据进行分析研究,得出试验结论。

新型旋冲螺杆钻具力学研究与实验分析2. 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，710018。

)摘要：石油作为能源产业的重要支柱，对国家民生和建设至关重要。

作为国家经济发展的重要储备能源，油气的勘探开采必然会面临越来越复杂的地层条件。

随着井深的增加，岩石在地层围压的作用下，其硬度和强度都会明显增加。

这导致了钻头在破岩方面的效率不高，寿命降低，以及钻井速度大幅下降等一系列问题。

本文提出了一种新型螺杆式旋转冲击钻井工具，进行了结构设计，建立了工具井下动力学轴向振动模型，并通过室内实验验证了相关理论计算与模型的正确性。

研究结果对于今后相关钻井增速提效和工具研究等方面提供一定的参考价值。

关键词：螺杆钻具；旋转冲击；动力学模型；实验测试Mechanical research and experimental analysis of a new type of rotary punching screw drillYang Kun1, Liu Zhenglian1(1. Chuanqing Drilling Engineering Co., LTD. Xinjiang branch.2. Chuanqing drilling engineering Co., Ltd. drilling andproduction engineering technology research institute.)Abstract: As an important pillar of the energy industry, petroleum is of great importance to the people's livelihood and construction of the country. As an important reserve energy for national economic development, the exploration and exploitation of oil and gas will inevitably face more and more complicated formation conditions. Withthe increase of well depth, the hardness and strength of rock will increase obviously under the action of formation confining pressure. This has led to a series of problems such as poor drill bit efficiencyin rock breaking, reduced life, and a significant decrease in drilling speed. In this paper, a new rotary positive displacement drilling tool and its structure is designed, the downhole dynamic axial vibration modelis established, and the correctness of the theoretical calculation and model is verified by laboratory experiments. The results of this study provide some reference value for the future drilling growth and efficiency improvement and tool research.Key words: PDM; Rotary impact; Dynamic model; Experimental test1绪论常规钻井主要是利用转盘或井下动力钻具转动钻头来破碎井底岩石，这种钻进方法被称为“回转钻进”。