[发明专利]岩石研磨性实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在室内给定条件下，用模拟钻头对岩石进行研磨性测定的实验装置。

技术背景

岩石的研磨性是破岩工具与岩石间摩擦时，岩石磨损破岩工具的能力。实践证明,相同类型的钻头在研磨性低的地层中，其寿命长、进尺多、钻速快，但在研磨性高和硬地层中,其使用效果却不尽人意，此举，说明了钻头对所钻地层的性质非常敏感。在石油钻井工程技术领域，通常用岩石可钻性和机械物理特性来评价地层的钻进特性，并以此作为钻头设计和使用的依据。目前，在国内外应用岩石可钻性进行钻头选择和使用的相关研究较多，但对岩石研磨性的实验研究较少，且相关研究方法较为单一，存在局限性，对钻头的选择使用指导作用不大。

发明内容

本发明是室内给定条件下，用模拟钻头对岩石进行研磨性测定实验，测定模拟钻头的的磨损量，经换算所得结果作为岩石研磨性指标的实验装置。通过室内实验建立一套适用于石油钻井工程领域测定岩石研磨性的方法,形成一套行业内部认可的岩石研磨性分级方法与标准，其研究成果既可为生产单位根据地层研磨性合理选择和使用钻头提供技术支撑，也可为钻头制造商根据地层研磨性合理选材生产制造钻头提供依据。鉴于国内外至今没有统一的岩石研磨性分级方法与标准，提出了一种用模拟钻头对岩石进行的岩石研磨性实验装置。

本发明的岩石研磨性实验装置是在立柱的上部一侧固联主轴头，立柱的底部固联底座，主轴头下方的底座上设置工作台、升降台；其中，主轴头上部装有电动机组和加载机构，电动机组由电机和无级变频调速器组成，加载机构由步进电机、滚珠丝杠组成，主轴头底部安装有模拟钻头和冷却水管；工作台是由上下两个工作台交互组成左右、前后四方向移动工作台；升降台是通过燕尾槽与立柱固定，下部有驱动油缸或气缸。

主轴头内部安装有上载荷传感器、转速传感器、位移传感器，升降台内部安装有下载荷传感器和扭矩传感器。

装置中还包括计算机和控制柜，控制柜内设有步进电机的PLC控制器，计算机通控制柜与电机连接并控制电机的运转参数；计算机与所有传感器相连，并通过其内的数据采集卡与采集所有传感器的数据，并存储于计算机。

本发明利用在室内给定条件下，用模拟钻头对岩石进行研磨性测定实验，测定模拟钻头的磨损量，经换算所得结果作为岩石研磨性指标的实验装置。其优点是可以模拟并测定钻头在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击的状态下岩石对破岩工具的磨损情况。

附图说明

附图1为岩石研磨性实验装置结构示意图。

图中：1立柱装配，2控制柜，3计算机，4主轴头，5模拟钻头，6工作台，7升降台，8底座。

具体实施方式

结合附图1对本发明做进一步阐述。

本发明的装置是在立柱1的上部一侧固联主轴头4，立柱1的底部固联底座8，主轴头4下方的底座上设置工作台6、升降台7。其中，主轴头4上部装有电动机组和加载机构，主轴头底部安装有模拟钻头和冷却水管。电动机组由电机和无级变频调速器组成，实现主轴（模拟钻头5）无级调速。加载机构由步进电机、滚珠丝杠组成，通过加载机构实现对模拟钻头的自动加载功能。主轴头4下侧安装的冷却水管，可以清洁实验岩样上的岩屑并为模拟钻头降温。工作台6是由上下两个工作台交互组成左右、前后四方向移动工作台，工作台可以夹持不规则形状的实验岩样。升降台7是通过燕尾槽与立柱固定，下部有驱动油缸或气缸驱动升降，升降台可以调整实验岩石样品与模拟钻头的距离。

上述实施例中还包括：主轴头内部安装有上载荷传感器、转速传感器、位移传感器，升降台内部安装有下载荷传感器和扭矩传感器。

装置中还包括计算机3和控制柜2，控制柜2内设有步进电机的PLC控制器，计算机3通控制柜2与电机（主轴电机和步进电机）连接并控制电机的运转参数。计算机与所有传感器相连，并通过其内的数据采集卡与采集所有传感器的数据，并存储于计算机。该实验装置可以采用人工给定参数控制，也可以计算机自动控制。

本发明在实验过程中，工作台6可以夹持不规则形状的实验岩样，根据实验目的可以随意更换实验岩样，安装岩样完毕后，通过升降台7可以调整实验岩样与模拟钻头5的距离；启动主轴头4上的电动机组带动主轴旋转，根据实验需要调整转速；实验过程中通过主轴头4中的加载机构实现对模拟钻头5的自动加载功能，主轴头4下侧部安装有自来水管线，自来水可以清洁实验岩样上的岩屑同时为模拟钻头降温；数据采集卡通过多个传感器实时录取压力、转矩、转速、测量时间、钻孔深度、磨擦系数、磨擦功等参数，并传送到计算机3生成转矩和磨擦系数曲线。其优点是可以模拟并测定钻头在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击的状态下岩石对破岩工具的磨损情况。