專利名稱：巖石研磨性實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在室內(nèi)給定條件下，用模擬鉆頭對巖石進(jìn)行研磨性測定的實驗裝置。
背景技術(shù)：
巖石的研磨性是破巖工具與巖石間摩擦?xí)r，巖石磨損破巖工具的能力。實踐證明， 相同類型的鉆頭在研磨性低的地層中，其壽命長、進(jìn)尺多、鉆速快，但在研磨性高和硬地層中，其使用效果卻不盡人意，此舉，說明了鉆頭對所鉆地層的性質(zhì)非常敏感。在石油鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，通常用巖石可鉆性和機(jī)械物理特性來評價地層的鉆進(jìn)特性，并以此作為鉆頭設(shè)計和使用的依據(jù)。目前，在國內(nèi)外應(yīng)用巖石可鉆性進(jìn)行鉆頭選擇和使用的相關(guān)研究較多， 但對巖石研磨性的實驗研究較少，且相關(guān)研究方法較為單一，存在局限性，對鉆頭的選擇使用指導(dǎo)作用不大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是室內(nèi)給定條件下，用模擬鉆頭對巖石進(jìn)行研磨性測定實驗，測定模擬鉆頭的的磨損量，經(jīng)換算所得結(jié)果作為巖石研磨性指標(biāo)的實驗裝置。通過室內(nèi)實驗建立一套適用于石油鉆井工程領(lǐng)域測定巖石研磨性的方法，形成一套行業(yè)內(nèi)部認(rèn)可的巖石研磨性分級方法與標(biāo)準(zhǔn)，其研究成果既可為生產(chǎn)單位根據(jù)地層研磨性合理選擇和使用鉆頭提供技術(shù)支撐，也可為鉆頭制造商根據(jù)地層研磨性合理選材生產(chǎn)制造鉆頭提供依據(jù)。鑒于國內(nèi)外至今沒有統(tǒng)一的巖石研磨性分級方法與標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種用模擬鉆頭對巖石進(jìn)行的巖石研磨性實驗裝置。本實用新型的巖石研磨性實驗裝置是在立柱的上部一側(cè)固聯(lián)主軸頭，立柱的底部固聯(lián)底座，主軸頭下方的底座上設(shè)置工作臺、升降臺；其中，主軸頭上部裝有電動機(jī)組和加載機(jī)構(gòu)，電動機(jī)組由電機(jī)和無級變頻調(diào)速器組成，加載機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠組成，主軸頭底部安裝有模擬鉆頭和冷卻水管；工作臺是由上下兩個工作臺交互組成左右、前后四方向移動工作臺；升降臺是通過燕尾槽與立柱固定，下部有驅(qū)動油缸或氣缸。主軸頭內(nèi)部安裝有上載荷傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器，升降臺內(nèi)部安裝有下載荷傳感器和扭矩傳感器。裝置中還包括計算機(jī)和控制柜，控制柜內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)的PLC控制器，計算機(jī)通控制柜與電機(jī)連接并控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)；計算機(jī)與所有傳感器相連，并通過其內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與采集所有傳感器的數(shù)據(jù)，并存儲于計算機(jī)。本實用新型利用在室內(nèi)給定條件下，用模擬鉆頭對巖石進(jìn)行研磨性測定實驗，測定模擬鉆頭的磨損量，經(jīng)換算所得結(jié)果作為巖石研磨性指標(biāo)的實驗裝置。其優(yōu)點是可以模擬并測定鉆頭在受力與旋轉(zhuǎn)并伴有無規(guī)律振動、沖擊的狀態(tài)下巖石對破巖工具的磨損情況。
附圖1為巖石研磨性實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1立柱裝配，2控制柜，3計算機(jī)，4主軸頭，5模擬鉆頭，6工作臺，7升降臺，8 底座。
具體實施方式
結(jié)合附圖1對本實用新型做進(jìn)一步闡述。本實用新型的裝置是在立柱1的上部一側(cè)固聯(lián)主軸頭4，立柱1的底部固聯(lián)底座 8，主軸頭4下方的底座上設(shè)置工作臺6、升降臺7。其中，主軸頭4上部裝有電動機(jī)組和加載機(jī)構(gòu)，主軸頭底部安裝有模擬鉆頭和冷卻水管。電動機(jī)組由電機(jī)和無級變頻調(diào)速器組成， 實現(xiàn)主軸(模擬鉆頭5)無級調(diào)速。加載機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠組成，通過加載機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對模擬鉆頭的自動加載功能。主軸頭4下側(cè)安裝的冷卻水管，可以清潔實驗巖樣上的巖屑并為模擬鉆頭降溫。工作臺6是由上下兩個工作臺交互組成左右、前后四方向移動工作臺， 工作臺可以夾持不規(guī)則形狀的實驗巖樣。升降臺7是通過燕尾槽與立柱固定，下部有驅(qū)動油缸或氣缸驅(qū)動升降，升降臺可以調(diào)整實驗巖石樣品與模擬鉆頭的距離。上述實施例中還包括主軸頭內(nèi)部安裝有上載荷傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器，升降臺內(nèi)部安裝有下載荷傳感器和扭矩傳感器。裝置中還包括計算機(jī)3和控制柜2，控制柜2內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)的PLC控制器，計算機(jī)3通控制柜2與電機(jī)(主軸電機(jī)和步進(jìn)電機(jī))連接并控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。計算機(jī)與所有傳感器相連，并通過其內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與采集所有傳感器的數(shù)據(jù)，并存儲于計算機(jī)。該實驗裝置可以采用人工給定參數(shù)控制，也可以計算機(jī)自動控制。本實用新型在實驗過程中，工作臺6可以夾持不規(guī)則形狀的實驗巖樣，根據(jù)實驗?zāi)康目梢噪S意更換實驗巖樣，安裝巖樣完畢后，通過升降臺7可以調(diào)整實驗巖樣與模擬鉆頭5的距離；啟動主軸頭4上的電動機(jī)組帶動主軸旋轉(zhuǎn)，根據(jù)實驗需要調(diào)整轉(zhuǎn)速；實驗過程中通過主軸頭4中的加載機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對模擬鉆頭5的自動加載功能，主軸頭4下側(cè)部安裝有自來水管線，自來水可以清潔實驗巖樣上的巖屑同時為模擬鉆頭降溫；數(shù)據(jù)采集卡通過多個傳感器實時錄取壓力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、測量時間、鉆孔深度、磨擦系數(shù)、磨擦功等參數(shù)，并傳送到計算機(jī)3生成轉(zhuǎn)矩和磨擦系數(shù)曲線。其優(yōu)點是可以模擬并測定鉆頭在受力與旋轉(zhuǎn)并伴有無規(guī)律振動、沖擊的狀態(tài)下巖石對破巖工具的磨損情況。
權(quán)利要求1.一種巖石耐磨型實驗裝置，其特征是在立柱的上部一側(cè)固聯(lián)主軸頭，立柱的底部固聯(lián)底座，主軸頭下方的底座上設(shè)置工作臺、升降臺；其中，主軸頭上部裝有電動機(jī)組和加載機(jī)構(gòu)，電動機(jī)組由電機(jī)和無級變頻調(diào)速器組成，加載機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠組成，主軸頭底部安裝有模擬鉆頭和冷卻水管；工作臺是由上下兩個工作臺交互組成左右、前后四方向移動工作臺；升降臺是通過燕尾槽與立柱固定，下部有驅(qū)動油缸或氣缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石耐磨型實驗裝置，其特征是主軸頭內(nèi)部安裝有上載荷傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器，升降臺內(nèi)部安裝有下載荷傳感器和扭矩傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種巖石耐磨型實驗裝置，其特征是裝置中還包括計算機(jī)和控制柜，控制柜內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)的PLC控制器，計算機(jī)通控制柜與電機(jī)連接并控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)；計算機(jī)與所有傳感器相連，并通過其內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與采集所有傳感器的數(shù)據(jù)，并存儲于計算機(jī)。
專利摘要本實用新型涉及一種在室內(nèi)給定條件下，用模擬鉆頭對巖石進(jìn)行研磨性測定的巖石研磨性實驗裝置。主要由立柱、控制柜、計算機(jī)、傳感器、主軸頭、模擬鉆頭、工作臺、升降臺、底座等組成。該實用新型是一種在室內(nèi)給定條件下，采用一定硬度的模擬鉆頭，在一定接觸壓力和線速度下與被測巖石做相對磨擦運(yùn)動，經(jīng)過一定時間后，測定模擬鉆頭的磨損量，經(jīng)換算所得結(jié)果作為巖石研磨性指標(biāo)。該實驗裝置可以定時、定鉆深、定轉(zhuǎn)矩停機(jī)，實時顯示壓力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、測量時間、鉆孔深度、磨擦系數(shù)、磨擦功，生成轉(zhuǎn)矩和磨擦系數(shù)曲線。其優(yōu)點是可以模擬并測定鉆頭在受力與旋轉(zhuǎn)并伴有無規(guī)律振動、沖擊的狀態(tài)下巖石對破巖工具的磨損情況。
文檔編號G01N3/56GK202305355SQ201120422469
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉新華, 周波, 楊寧寧, 燕靜, 趙秀菊, 郭淑玲 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國石油化工股份有限公司