[发明专利]一种实验用岩石定向取芯钻进装置和方法

说明书

本发明公开了一种实验用岩石定向取芯钻进装置和方法。所述装置，包括钻井框架，固定于钻井框架内的钻机旋转系统、升降系统和旋转定向系统，分别通过液压管线与升降系统和旋转定向系统连接的伺服液压系统，和分别与伺服液压系统和钻机旋转系统电连接的控制系统；控制系统分别用于控制钻机旋转系统的旋转速度，通过伺服液压系统控制升降系统的升降速度和升降幅度，通过伺服液压系统控制旋转定向系统的旋转角度；旋转定向系统的旋转平台用于承载待定向钻进的岩样，升降系统的钻取支撑平台用于固定支撑钻机旋转系统。能够实现对实验用岩石定向取芯的自动钻进。

技术领域

本发明涉及油气藏开发技术领域，特别涉及一种实验用岩石定向取芯钻进装置和方法。

背景技术

随着深层、致密油气、煤层气和页岩气等非常规油气藏的大规模开发，水力压裂技术已经成为上述油气藏高效开发的关键工程技术之一。由于地质条件的复杂性，导致水平井、大斜度井、侧钻井等复杂井型的应用场景越来越多，由此带来的水力裂缝起裂延伸机理越来越复杂。同时室内水力压裂物理模拟实验由于能够直接揭示裂缝起裂延伸形态，长期以来一直是水力裂缝起裂延伸机理研究的主流实验技术。另一方面，受样品尺寸限制，目前尚无有效的钻斜井(定向井)实验装置，针对天然样品的室内压裂实验而言，主要以直井筒压裂为主。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种实验用岩石定向取芯钻进装置和方法，能够实现对实验用岩石定向取芯的自动钻进。

第一方面，本发明实施例提供一种实验用岩石定向取芯钻进装置，包括：

钻井框架，固定于所述钻井框架内的钻机旋转系统、升降系统和旋转定向系统，分别通过液压管线与所述升降系统和旋转定向系统连接的伺服液压系统，和分别与所述伺服液压系统和钻机旋转系统电连接的控制系统；

所述控制系统分别用于控制所述钻机旋转系统的旋转速度，通过所述伺服液压系统控制所述升降系统的升降速度和升降幅度，通过所述伺服液压系统控制所述旋转定向系统的旋转角度；

所述旋转定向系统的旋转平台用于承载待定向钻进的岩样，所述升降系统的钻取支撑平台用于固定支撑所述钻机旋转系统。

在一些可选的实施例中，所述旋转定向系统还包括倾斜传动缸，所述倾斜传动缸与所述伺服液压系统通过液压管线连接；

所述伺服液压系统设置有角度控制器，所述角度控制器与所述控制系统电连接，所述角度控制器根据所述控制系统的旋转指令，通过控制所述倾斜传动缸控制所述旋转平台的旋转角度。

在一些可选的实施例中，所述旋转定向系统还包括锁紧机构；

所述锁紧机构与所述控制系统电连接，所述锁紧机构根据所述控制系统的锁紧指令锁紧所述倾斜传动缸，使得所述旋转平台固定。

在一些可选的实施例中，所述钻机旋转系统包括旋转电机、减速机构、钻杆和钻取连接器；

所述钻取连接器用于连接钻头，所述钻杆与钻取连接器固定连接，所述减速机构与所述控制系统电连接，所述减速机构根据所述控制系统的旋转指令，通过控制所述旋转电机控制所述钻杆和钻取连接器的旋转速度。

在一些可选的实施例中，所述钻机旋转系统还包括钻头扶正器和自定心连接机构；

所述自定心连接机构设置于所述钻取连接器与钻杆之间，用于使得所述钻取连接器同心旋转。

在一些可选的实施例中，所述钻杆中空，所述升降系统的钻取支撑平台设置有注水系统，用于向所述钻杆的中空腔体注水。

在一些可选的实施例中，所述钻井框架包括上连接板、下连接板及扶正连接杆；

所述下连接板的上表面设置有泄水槽。