测速发电机测试牙轮转速的试验讨论测速发电机测试牙轮转速的试验讨论 摘 要：石油钻井过程中依靠牙轮钻头的牙齿与地层岩石相互作用来破裂岩石，然而在钻头钻进过程中牙轮的转速瞬时变化率非常大，究其主要原因是牙齿与地层接触时产生的动载荷，其取决于加速度和钻头本身及下部钻柱的质量和转动惯量。为了探明钻头在破岩过程中牙轮转速的变化规律，提出了利用万向联轴器连接直流电机和测速发电机的试验装置来测试钻头破岩时牙轮的转速变化规律，试验表明，测速发电机测试牙轮转速是可行性的。 关键词：测速发电机 牙轮钻头 转速 万向联轴器 多年来，国内外钻井界主要讨论钻柱的振动及钻头动载问题，其主要是为了解决钻柱疲劳损坏的问题及钻头受异常冲击而损坏的原因[1]，但是对产生钻柱振动和钻头动载根源的钻头讨论得很粗糙，往往只是从台架或现场试验测得的钻头和钻柱的振动入手，分析和计算钻柱振动的各种特征量[2，3]。牙轮钻头设计和使用中常常遇到动力学问题，其核心是牙齿与地层接触时的动载荷，而动载荷水平取决于加速度和相关的钻头本身及下部钻柱的质量和转动惯量，当相关的质量和转动惯量不变时，加速度就是关键参数，为讨论加速度的变化规律，测量牙轮的角加速度便是试验的关键部分，以往测量牙轮转速试验中都是假设牙轮是匀速转动的，因此多数是采纳磁感应原理来测量牙轮的转速[4～6]，但由于牙轮钻头结构的特别性，如图 1 考虑使用永磁式低速直流测速发电机来测量牙轮的转速，目的是讨论测速发电机是否能响应牙轮的变速运动。 图 1 配三牙轮的测速电机试验装置 一、牙轮运动规律分析 牙轮钻头特别的结构、凹凸不平的井底和不均质的地层等因素，决定了牙轮钻头在实际工作时的运动状态的复杂性和随机性。牙轮不仅绕自轴旋转，而且还绕钻头中心线旋转，同时随钻头体上下移动。直观地看，可把钻头体连同牙爪轴颈的运动，包括转动和纵向移动，看作是牵连运动，牙轮自转当作相对运动，牙轮上某一点的运动自然是一种复合运动。牙轮与岩石的相互作用是十分激烈的，强烈的冲击使得牙轮的转速瞬时变化率很大，且牙轮体有较大的震动。当牙齿与岩石接触时，由于剧烈的冲击使得牙轮的转速迅速减小，随着牙齿与岩石逐渐脱离，牙轮的转速又开始迅速加速，直到下一个牙齿与岩石接触，所以牙轮钻头对岩石的破裂作用与钻头和各牙轮之间的运动有密切的关系，钻头各牙轮的加速度是钻头结构设计、钻头工作力学讨论、钻头工作行为仿真中必不可...
