一種圓柱形工件測力裝置的制作方法

本發明涉及圓柱形工件測力裝置，特別適用于旋轉導向工具的推靠力測量。

背景技術：

隨著鉆井向大位移井、水平井、分支井等方向發展，所鉆遇的地層（如高陡構造大傾角地層）構造越來越復雜，這些地層的“防斜打快”問題是鉆井工程技術中的重點和難點。目前，國內防斜打直技術歸納起來主要有剛性滿眼鉆具組合防斜技術、鐘擺力糾斜技術、離心力防斜、糾斜技術、利用鉆具彎曲防斜、糾斜技術、“動力鉆具＋MWD”復合鉆井防斜、糾斜技術等。由于“動力鉆具＋MWD”復合鉆井防斜、糾斜技術糾斜能力強，可廣泛應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的防斜、糾斜效果更好，在國外，相關成熟產品已經得到廣泛應用，如旋轉導向系統、自動垂直鉆井系統等。

旋轉導向系統RSS分為推靠式和指向式兩種，推靠式旋轉導向系統RSS目前應用較為廣泛，其工作原理是利用鉆柱內外壓差驅動活塞推靠井壁從而在鉆頭處產生側向力，推靠井壁力的方向根據井眼軌跡由控制部分實時調整，通過調節活塞拍打井壁的次數就相當于實現調節作用力的大小。但是在設備運行過程中，由于旋轉導向系統不停旋轉，使得其造斜機構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，從而導致推靠式旋轉導向工具的推靠力難以準確測量，引起鉆頭處圓柱向力難以精確計算，嚴重時會導致旋轉導向工具的“防斜打快”功能失效，導致井眼的報廢，給鉆井公司造成巨大的經濟和社會效益損失。因此，開發設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用價值，特別是設計出針對石油鉆井行業中的推靠式旋轉導向系統RSS的活塞推靠井壁的作用力的測量裝置具有重要意義。

目前還沒有相關的裝置出現，然而對于石油鉆井行業井下旋轉導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。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術存在的問題,提供一種可以實現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應用的推靠式旋轉導向工具推靠井壁側向力進行精確測量的圓柱形工件測力裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種圓柱形工件測力裝置，主要由測力裝置本體15和設置在測力裝置本體15上的測力機構1、鎖緊機構2組成。所述測力裝置本體15為內表面光滑、外表面均分六個平面的外六方體，每個平面上沿軸心開設通孔；測力機構1和鎖緊機構2各為三個，并交替設置在測力裝置本體15外的六個平面上。所述測力機構1包括內設T型腔的殼體12，殼體12內自下而上依次設置測試頭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旋轉配合，頂緊螺桿16上段設有環形凸沿，與壓蓋4下面的環形凹槽旋轉配合，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與調整手柄3連接。所述鎖緊機構2包括內設T型腔的殼體12，殼體12內設置頂緊壓頭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擴徑段內螺紋旋轉配合，頂緊螺桿16上段設有環形凸沿，與壓蓋4下面的環形凹槽旋轉配合，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與調整手柄3連接；測力機構1和鎖緊機構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1和鎖緊機構2的殼體12內壁軸向開設滑槽，在測力機構1上壓蓋6和鎖緊機構2的頂緊壓頭19上分別設有導軌18，導軌18與滑槽構成軸向滑動配合。

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

測力機構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1和鎖緊機構2的殼體12底部凸頭的內外壁分別設置密封圈20。

本發明的有益效果是：其結構簡單、易于安裝，可靠實用，通過鎖緊機構可以實現對所要測量的圓柱形工件的裝夾，調節鎖緊機構和測力機構，可以實現對不同直徑的圓柱形工件進行鎖緊以及測量；測力機構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或旋轉狀態下實現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為本發明的三維結構示意圖；

圖2為本發明的測力機構剖視圖；

圖3為本發明的鎖緊機構剖視圖。

圖中：1為測力機構，2為鎖緊機構，3調整手柄，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

下面結合附圖對本發明作進一步詳述。

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和設置在測力裝置本體15上的測力機構1、鎖緊機構2組成。所述測力裝置本體15為內表面光滑、外表面均分六個平面的外六方體，每個平面上沿軸心開設通孔；測力機構1和鎖緊機構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1包括內設T型腔的殼體12，殼體12內自下而上依次設置測試頭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旋轉配合，頂緊螺桿16上段設有環形凸沿，與壓蓋4下面的環形凹槽旋轉配合，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與調整手柄3連接。

如圖3所示，鎖緊機構2包括內設T型腔的殼體12，殼體12內設置測試頭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擴徑段內螺紋旋轉配合，頂緊螺桿16上段設有環形凸沿，與壓蓋4下面的環形凹槽旋轉配合，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與調整手柄3連接；測力機構1和鎖緊機構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1和鎖緊機構2的殼體12內壁軸向開設滑槽，在測力機構1上壓蓋6和鎖緊機構2的頂緊壓頭19上分別設有導軌18，導軌18與滑槽構成軸向滑動配合，主要起到滑動導向的作用。

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

測力機構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1和鎖緊機構2的殼體12底部凸頭的內外壁分別設置密封圈20。

本發明的工作過程如下：調節鎖緊機構和測力機構，可以對不同直徑的推靠式旋轉導向工具進行裝夾鎖緊，通過調整手柄，可以保證旋轉導向工具外圓周面與鎖緊機構均勻接觸，當夾持的旋轉導向工具處于不旋轉或者旋轉狀態時，通過調節手柄調整測試頭 與旋轉導向工具之間的距離，使得測試頭輕微壓在旋轉導向工具圓周面上，當旋轉導向工具處于工作狀態時，啟動泵，旋轉導向工具內部有流體流過，此時，在鉆柱內外壓差作用下，驅動活塞會產生側向推靠力，推靠力迫使測試頭沿著軸向方向移動，此時產生的側向力經過碟簧和彈簧的聯合傳遞作用到達壓力傳感器，這樣經過碟簧跟彈簧的聯合傳遞作用，使得測得的圓柱形工件圓柱面上的周期性作用力更加準確。