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一种全尺寸 铝 合金 钻杆动态腐蚀实验台

阅读：0发布：2020-08-13

专利汇可以提供一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，包括底座、阻尼泵，所述底座上设置有实验釜，所述实验釜内部设置有模拟井筒，所述模拟井筒内部设置有试验钻杆，所述试验钻杆一端设置有钻杆传动接头，所述钻杆传动接头外端设置有电动机，所述钻杆传动接头外壁上设置有密封压盖，所述试验钻杆另一端设置有轴向力传递接头。有益效果在于：通过构建科学超深井铝合金钻杆“高温-高压-力学-化学”的模拟服役环境，通过动态腐蚀实验及其失效分析，重点捕捉铝合金钻杆腐蚀行为特征，揭示多因素协同作用下铝合金钻杆的腐蚀规律与失效机理；在此基础上，揭示腐蚀机理，探究防护机制，从而实现铝合金钻杆技术的优化，设计制造出更长寿命、高可靠性铝合金钻杆。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：包括底座、阻尼泵，所述底座上设置有实验釜，所述实验釜内部设置有模拟井筒，所述模拟井筒内部设置有试验钻杆，所述试验钻杆一端设置有钻杆传动接头，所述钻杆传动接头外端设置有电动机，所述钻杆传动接头外壁上设置有密封压盖，所述试验钻杆另一端设置有轴向力传递接头，所述轴向力传递接头外壁上设置有拉力传递件，所述轴向力传递接头外端设置有压力传递件，所述压力传递件外侧面设置有线性泵，所述轴向力传递接头右端与所述阻尼泵相连，所述模拟井筒外壁上设置有电阻丝，所述实验釜内壁上设置有温度传感器，所述温度传感器旁边设置有压力传感器，所述实验釜外壁上设置有汇流罩，所述汇流罩通过管道连接有钻井液配制箱，所述钻井液配制箱连接有压力调节泵，所述压力调节泵连接到所述实验釜上。
2.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述电动机通过螺钉固定在所述底座上，所述电动机的动力输出轴通过传动键与所述钻杆传动接头连接在一起，所述钻杆传动接头一端内部设置有钻井液流通通道。
3.根据权利要求1或2所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述密封压盖通过螺栓组件与所述实验釜固定在一起，所述密封压盖与所述实验釜一端内部轴孔配合连接，所述密封压盖嵌套在所述钻杆传动接头外部，所述密封压盖上成型有与所述钻杆传动接头内部通道连通的通孔。
4.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述钻杆传动接头与所述实验釜之间、所述钻杆传动接头与所述密封压盖之间均设置有轴承，所述钻杆传动接头与所述实验釜接触面上设置有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述模拟井筒安置在所述实验釜内部，所述拉力传递件顶在所述模拟井筒外端面上，所述轴向力传递接头与所述拉力传递件轴孔配合连接，所述拉力传递件与所述实验釜和所述轴向力传递接头接触面上均设置有密封圈。
6.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述压力传递件通过螺纹安装在所述压力传递件外端，所述轴向力传递接头与所述拉力传递件之间、所述轴向力传递接头与所述压力传递件之间均设置有轴承。
7.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述阻尼泵由阻尼泵定子、阻尼泵转子、阻尼泵旋片组成。
8.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述汇流罩包裹在所述实验釜外壁上，位于所述汇流罩包裹的位置的所述实验釜部位设置有贯穿入所述实验釜内部的通孔。
9.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述钻井液配制箱与所述压力调节泵之间的管道上设置有流量调节阀。
10.根据权利要求1所述的一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，其特征在于：所述压力调节泵连通到所述实验釜上的管道上设置有蓄能器，所述的模拟井筒、钻杆接头可进行不同尺寸的调换，模拟多种规格的钻进，从而实现适应多种规格钻杆的腐蚀实验。

说明书全文

一种全尺寸铝 合金 钻杆动态腐蚀实验台

技术领域

[0001] 本实用新型涉及深部钻探铝合金钻杆技术领域，特别是涉及一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台。

背景技术

[0002] 钻杆是钻具中最主要的，而又最容易损坏的部件。由钻杆组成钻杆柱，用以递送扭矩和钻压，输送冲洗液和提取岩心，更换钻头及处理事故等。钻井过程中，钻杆柱运动状态十分复杂，主要包括：自转、涡动、纵向振动、扭转振动、横向振动等。复杂工况致使钻杆柱失效是钻井施工过程中一个最为常见且昂贵的井内事故。尤其在科学超深井钻探中，钻杆的性能显得更为重要。

[0003] 在科学超深井钻探作业过程中，除地层条件复杂及不确定性外，其将遇到的困难与挑战可概括为“热、高、长、大”，即“井温高、压力高、管柱长、井径大”，采用常规钻井机具难以满足钻井要求，如施工效率低、周期长，成本与能耗高，钻井安全难以保障，甚至无法实施；尤其当钻井超过某一深度时，钻柱的自重即能使钻杆发生破坏，尚且随着井深的不断增加，钻井工程存在裸眼井段长、井壁稳定性差、井内环境温度高、地层压力大以及深部岩石可钻性差等特点，将带来一系列钻井技术难题。铝合金钻杆以其独特的优越性，即具有重量轻、比强度高、钻进深度大、所需能耗小等特点，已成为科学超深井钻柱设计的优选方案。

[0004] 虽然铝合金钻杆表现出优异的技术优势，然而深入剖析现阶段铝合金钻杆技术的不足之处，是实现设计制造长寿命、高可靠性铝合金钻杆的必要前提和重要基础。铝合金与其他金属一样面临着严重的腐蚀问题，复杂的服役工况条件致使钻杆极易发生腐蚀失效。为此，在铝合金钻杆设计优化的过程中需要经过多种实验进行验证，现有的实验平台结构简单、检测性能单一，测试结果虽能较直观、定量地反映常温常压条件下铝合金的耐腐蚀性能，不足的是这些测试结果并不能完全反映实际钻井工况条件下铝合金钻杆的使用性能，优化设计过程中使用的实验数据不具代表性和真实性。
实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台。

[0006] 本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

[0007] 一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，包括底座、阻尼泵，所述底座上设置有实验釜，所述实验釜内部设置有模拟井筒，所述模拟井筒内部设置有试验钻杆，所述试验钻杆一端设置有钻杆传动接头，所述钻杆传动接头外端设置有电动机，所述钻杆传动接头外壁上设置有密封压盖，所述试验钻杆另一端设置有轴向力传递接头，所述轴向力传递接头外壁上设置有拉力传递件，所述轴向力传递接头外端设置有压力传递件，所述压力传递件外侧面设置有线性泵，所述轴向力传递接头右端与所述阻尼泵相连，所述模拟井筒外壁上设置有电阻丝，所述实验釜内壁上设置有温度传感器，所述温度传感器旁边设置有压力传感器，所述实验釜外壁上设置有汇流罩，所述汇流罩通过管道连接有钻井液配制箱，所述钻井液配制箱连接有压力调节泵，所述压力调节泵连接到所述实验釜上。

[0008] 本实施例中，所述电动机通过螺钉固定在所述底座上，所述电动机的动力输出轴通过传动键与所述钻杆传动接头连接在一起，所述钻杆传动接头一端内部设置有钻井液流通通道。

[0009] 本实施例中，所述密封压盖通过螺栓组件与所述实验釜固定在一起，所述密封压盖与所述实验釜一端内部轴孔配合连接，所述密封压盖嵌套在所述钻杆传动接头外部，所述密封压盖上成型有与所述钻杆传动接头内部通道连通的通孔。

[0010] 本实施例中，所述钻杆传动接头与所述实验釜之间、所述钻杆传动接头与所述密封压盖之间均设置有轴承，所述钻杆传动接头与所述实验釜接触面上设置有密封圈。

[0011] 本实施例中，所述模拟井筒安置在所述实验釜内部，所述拉力传递件顶在所述模拟井筒外端面上，所述轴向力传递接头与所述拉力传递件内部轴孔配合连接，所述拉力传递件与所述实验釜和所述轴向力传递接头接触面上均设置有密封圈。

[0012] 本实施例中，所述压力传递件通过螺纹安装在所述压力传递件外端，所述轴向力传递接头与所述拉力传递件之间、所述轴向力传递接头与所述压力传递件之间均设置有所述轴承。

[0013] 本实施例中，所述阻尼泵由阻尼泵定子、阻尼泵转子、阻尼泵旋片组成。

[0014] 本实施例中，所述阻尼泵为旋转中的钻杆施加扭矩；其中，阻尼泵转子与轴向力传递接头右端连接；阻尼泵定子通过其右端正方形台阶固定在压力传递件内并实现周向定位；通过阻尼泵旋片转动实现腔体体积的变化；通过阻尼泵定子与压力传递件内的通孔形成液压油的吸入与排出通道，并通过在阻尼泵定子外表面与压力传递件内表面之间设置一个密封圈实现高压腔与低压腔的有效分隔；通过调节排出口的压力实现对阻尼泵转子扭矩大小的改变，从而实现对作用在钻杆上的扭矩值的控制。

[0015] 本实施例中，所述汇流罩包裹在所述实验釜外壁上，位于所述汇流罩包裹的位置的所述实验釜部位设置有贯穿入所述实验釜内部的通孔。

[0016] 本实施例中，所述钻井液配制箱与所述压力调节泵之间的管道上设置有流量调节阀。

[0017] 本实施例中，所述压力调节泵连通到所述实验釜上的管道上设置有蓄能器。

[0018] 本实施例中，通过对实验台上的模拟井筒、钻杆接头进行不同尺寸的调换，模拟多种规格的钻进，从而实现适应多种规格钻杆的腐蚀实验。

[0019] 本实用新型的有益效果在于：通过设计全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，构建铝合金钻杆“高温-高压-力学-化学”的模拟服役环境，通过腐蚀实验及其失效分析，重点捕捉铝合金钻杆动态腐蚀行为特征，揭示多因素协同作用下铝合金钻杆的腐蚀规律与失效机理；在此基础上，揭示腐蚀机理，探究防护机制，从而实现铝合金钻杆技术的优化，设计制造出更长寿命、高可靠性铝合金钻杆，为我国未来的万米科学钻探工程的谋划与实施提供基础实验数据，为满足我国进一步推进地壳探测工程计划提供理论支撑和技术支持。附图说明

[0020] 图1是本实用新型所述一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台的结构简图；

[0021] 图2是本实用新型所述一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台的外部视图；

[0022] 图3是本实用新型所述一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台的模拟井筒结构图。

[0023] 图4-6是本实用新型所述一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台的阻尼泵结构图。

[0024] 附图标记说明如下：

[0025] 1、电动机；2、密封压盖；3、螺栓组件；4、传动键；5、钻杆传动接头；6、轴承；7、实验釜；8、模拟井筒；9、试验钻杆；10、电阻丝；11、温度传感器；12、压力传感器；13、轴向力传递接头；14、拉力传递件；15、压力传递件；16、线性泵；17、底座；18、汇流罩；19、钻井液配制箱；20、流量调节阀；21、压力调节泵；22、蓄能器；23、阻尼泵；23-1、阻尼泵定子；23-2、阻尼泵转子；23-3、阻尼泵旋片。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

[0027] 如图1-6所示，一种全尺寸铝合金钻杆动态腐蚀实验台，包括底座17、阻尼泵23，所述底座17上设置有所述实验釜7，所述底座17用来固定支撑，所述实验釜7为内部钻杆的腐蚀实验提供密闭空间，所述实验釜7内部设置有所述模拟井筒8，所述模拟井筒8内壁用来模拟井壁，所述模拟井筒8内部设置有所述试验钻杆9，所述试验钻杆9一端设置有所述钻杆传动接头5，所述钻杆传动接头用来传递动力，所述钻杆传动接头5外端设置有所述电动机1，所述电动机1用来提供动力带动钻杆转动，所述钻杆传动接头5外壁上设置有所述密封压盖2，所述密封压盖2用来对所述实验釜7的端部进行密封，所述试验钻杆9 另一端设置有所述轴向力传递接头13，所述轴向力传递接头13用来传递轴向力和阻尼扭矩，所述轴向力传递接头13外壁上设置有所述拉力传递件14，所述拉力传递件14用来传递来自所述线性泵16的拉力，所述轴向力传递接头13外端设置有所述压力传递件15，所述压力传递件15用来传递来自所述线性泵16的压力，所述压力传递件15外侧面设置有所述线性泵16，所述线性泵16用来提供轴向拉力和压力，所述轴向力传递接头13右端与所述阻尼泵23相连，通过所述轴向力传递接头13将所述阻尼泵23产生的阻尼扭矩作用在钻杆上，所述模拟井筒8外壁上设置有所述电阻丝10，所述电阻丝10用来发热调节所述实验釜7内部的温度，所述实验釜7内壁上设置有所述温度传感器11，所述温度传感器11用来检测所述实验釜7内部温度的高低，所述温度传感器11旁边设置有所述压力传感器12，所述压力传感器12用来检测所述实验釜
7内部压力的大小，所述实验釜7外壁上设置有所述汇流罩18，所述汇流罩18用来汇聚钻井液方便回流，所述汇流罩18通过管道连接有所述钻井液配制箱19，所述钻井液配制箱19用来配置钻井液，所述钻井液配制箱19通过管道连接有所述流量调节阀20，所述流量调节阀
20用来控制流过环空的钻井液的流量，所述流量调节阀 20通过管道连接有所述压力调节泵21，所述压力调节泵21用来控制流过环空的钻井液的压力，所述压力调节泵21连接到所述实验釜7上，形成完整的钻井液流通回路。

[0028] 本实施例中，电动机1通过螺钉固定在所述底座17上，电动机1的动力输出轴通过传动键4与所述钻杆传动接头5固定连接，所述钻杆传动接头5一端内部设置有钻井液流通通道。

[0029] 本实施例中，所述密封压盖2通过螺栓组件3与所述实验釜7固定连接，所述密封压盖2与所述实验釜7一端内部轴孔配合连接，所述密封压盖2与所述钻杆传动接头5外部轴孔配合连接，所述密封压盖2上成型有与所述钻杆传动接头5内部通道连通的通孔。

[0030] 本实施例中，所述钻杆传动接头5与所述实验釜7之间、所述钻杆传动接头5与所述密封压盖2之间均设置有所述轴承6，所述钻杆传动接头5与所述实验釜7接触面上设置有密封圈。

[0031] 本实施例中，所述模拟井筒8安置在所述实验釜7内部，所述拉力传递件 14顶在所述模拟井筒8外端面上，所述轴向力传递接头13与所述拉力传递件 14内部轴孔配合连接，所述拉力传递件14与所述实验釜7和所述轴向力传递接头13接触面上均设置有密封圈。

[0032] 本实施例中，所述压力传递件15与所述压力传递件15外端螺纹连接，所述轴向力传递接头13与所述拉力传递件14之间、所述轴向力传递接头13与所述压力传递件15之间均设置有所述轴承6。

[0033] 本实施例中，所述阻尼泵23由阻尼泵定子23-1、阻尼泵转子23-2、阻尼泵旋片23-3组成。

[0034] 本实施例中，所述阻尼泵23为旋转中的钻杆施加扭矩；其中，阻尼泵转子 23-2与轴向力传递接头13右端连接；阻尼泵定子23-1通过其右端正方形台阶固定在压力传递件15内并实现周向定位；通过阻尼泵旋片23-3转动实现腔体体积的变化；通过阻尼泵定子23-1与压力传递件15内的通孔形成液压油的吸入与排出通道，并通过在阻尼泵定子23-1外表面与压力传递件15内表面之间设置一个密封圈实现高压腔与低压腔的有效分隔；通过调节排出口的压力实现对阻尼泵转子23-2阻尼扭矩大小的改变，从而实现对作用在钻杆上的扭矩值的控制。

[0035] 本实施例中，所述汇流罩18包裹在所述实验釜7外壁上，位于所述汇流罩 18包裹所述实验釜7的部位设置有贯穿入所述实验釜7内部的通孔。

[0036] 本实施例中，所述钻井液配制箱19与所述压力调节泵21之间的管道上设置有所述流量调节阀20，所述流量调节阀20用来控制流过环空的钻井液的流量大小。

[0037] 本实施例中，所述压力调节泵21连通到所述实验釜7上的管道上设置有所述蓄能器22，所述蓄能器22用于减小钻井液压力的脉动幅度。

[0038] 上述结构中，合适尺寸的所述模拟井筒8与钻杆配合，模拟井下环空，通过所述压力调节泵21和所述流量调节阀20控制流过环空的钻井液的压力和流速，钻井液的成分通过所述钻井液配制箱19进行调控，所述蓄能器22用于减小钻井液压力的脉动幅度，所述电阻丝10发热用来实现对所述实验釜7内温度的控制，通过所述温度传感器11和所述压力传感器12来监测模拟井筒8内温度高低和压力大小，方便进行温度和压力控制，所述电动机1通过所述钻杆传动接头5带动所述试验钻杆9转动，所述线性泵16为所述试验钻杆9提供一个轴向力，所述阻尼泵23为所述试验钻杆9提供一个阻尼扭矩，从而模拟钻杆实际工况下的运动与受力情况，最后通过分析不同服役环境下所述试验钻杆9的外表腐蚀情况来研究钻杆的腐蚀机理，从而为研究出具有更高使用性能的钻杆提供理论支撑。

[0039] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

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