[发明专利]一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：包括钻机(1)、钻杆(4)、钻头(8)、模拟箱体(36)、计算机(28)、地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、声发射系统、应力应变监测系统、钻进角度监测系统和回收系统；

所述模拟箱体(36)内设置有破碎区域(10)、弹塑性区域(14)和原始应力区域(17)，所述模拟箱体(36)上设置有用于连接所述瓦斯压力模拟加载系统的箱体进气口(24)；

所述地应力模拟加载系统包括处于破碎区域(10)的第一液压加载系统、处于弹塑性区域(14)的第二液压加载系统和处于原始应力区域(17)的第三液压加载系统；

所述瓦斯压力模拟加载系统包括瓦斯气体罐(23)，所述瓦斯气体罐(23)通过气体输送管(38)以及设置在气体输送管(38)上的减压阀(22)、瓦斯压力表(21)和进气阀(25)与箱体进气口(24)连接；

所述声发射系统包括分别设置在模拟箱体(36)两侧侧面的两根声发射系统管路(29)，以及设置在模拟箱体(36)外部且连接的声发射前置放大器(26)和声发射采集盒(27)，所述声发射采集盒(27)与计算机(28)连接，所述声发射前置放大器(26)的输入端接有设置在模拟箱体(36)两侧侧面外壁上的多个声发射探头(20)，所述声发射探头(20)的信号线穿过声发射系统管路(29)与声发射前置放大器(26)连接；

所述应力应变监测系统包括应变数据采集仪(39)，放置于模拟箱体(36)内且处于破碎区域(10)的第一应变环(13)、处于弹塑性区域(14)的第二应变环(16)和处于原始应力区域(17)的第三应变环(19)，以及放置于模拟箱体(36)内底部的多个应力传感器(37)；所述第一应变环(13)、第二应变环(16)、第三应变环(19)和多个应力传感器(37)均与应变数据采集仪(39)连接，所述应变数据采集仪(39)与计算机(28)连接；

所述钻进角度监测系统包括固定在钻杆(4)上且用于检测钻杆(4)倾角的电子罗盘(2)和与电子罗盘(2)连接并用于显示电子罗盘(2)检测到的钻杆倾角的电子罗盘数据读取器(3)；

所述回收系统包括回收箱体(5)和接收罐(7)，所述回收箱体(5)套在钻杆(4)上，所述接收罐(7)通过导管(6)与回收箱体(5)连接；

所述本煤层定向钻进过程模拟试验装置还包括箱体支座(35)和铰接在箱体支座(35)顶部的箱体支撑板(40)，所述模拟箱体(36)安装在箱体支撑板(40)顶部，所述箱体支座(35)上设置有横梁(32)，所述横梁(32)上安装有用于支撑箱体支撑板(40)并调节箱体支撑板(40)的倾斜角度的液压支架(31)，所述箱体支座(35)的底部设置有滚轮(33)和用于固定滚轮(33)的卡子(34)。

2.按照权利要求1所述的一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：所述模拟箱体(36)内部设置有加强钣金。

3.按照权利要求1所述的一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：多个声发射探头(20)在模拟箱体(36)两侧侧面外壁上呈两排布设，且两排声发射探头(20)相互错位设置。

4.按照权利要求1所述的一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：所述模拟箱体(36)内破碎区域(10)设置有用于固定连接第一应变环(13)的第一应变环固定支架(12)，所述模拟箱体(36)内弹塑性区域(14)设置有用于固定连接第二应变环(16)的第二应变环固定支架(15)，所述模拟箱体(36)内原始应力区域(17)设置有用于固定连接第三应变环(19)的第三应变环固定支架(18)。

5.按照权利要求4所述的一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：所述第一应变环固定支架(12)、第二应变环固定支架(15)和第三应变环固定支架(18)均通过螺栓(11)与模拟箱体(36)固定连接。

6.按照权利要求1所述的一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：所述模拟箱体(36)上设置有供第一应变环(13)、第二应变环(16)、第三应变环(19)和多个应力传感器(37)的信号线穿出模拟箱体(36)外部与应变数据采集仪(39)连接的布线孔(30)。