一种钻井模拟装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种钻井模拟装置。所述装置包括：数控钻床、振动发生短节和钻头；所述数控机床用于控制所述振动发生短节、所述钻头进行旋转运动和进给运动；所述振动发生短节的上端安装在所述数控钻床上，以及下端与所述钻头相连接，所述振动发生短节用于控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述钻头用于在所述数控钻床和所述振动发生短节的控制作用下，破碎放置在岩心夹持器内的岩心样品；其中，所述岩心夹持器放置在所述数控钻床上。本申请实施例提供的技术方案，可以提高破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井模拟装置
本申请涉及石油钻井
，特别涉及一种钻井模拟装置。
技术介绍
钻井提速一直是钻井工程领域的研究热点。高效破岩技术是油气钻井领域的核心，也是钻井工程理论研究的重点内容。随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，全球油气勘探开发目标正从浅层向深层、超深层发展，破岩难度加大。针对当前深部高研磨地层钻井难点和钻井破岩技术的实际情况，亟需发展新的高效破岩技术。目前研究破岩技术的方式主要是通过钻井模拟来进行的。钻井模拟是进行钻井工程设计、钻井压力控制、技术培训和现场施工等的主要手段，钻井模拟装置能够在室内模拟钻井实验。然而，当前钻井模拟装置和方法的研究正处于起步阶段，现有研究成果相对较少，其破岩效率有待提高，因此，亟需研究出一种新的钻井模拟实验装置和方法，以提高破岩效率，突破当前深部高研磨地层钻井难点。
技术实现思路
本申请实施例的目的是提供一种钻井模拟装置，以提高破岩效率。为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种钻井模拟装置是这样实现的：一种钻井模拟装置，所述装置包括：数控钻床、振动发生短节和钻头；所述数控机床用于控制所述振动发生短节、所述钻头进行旋转运动和进给运动；所述振动发生短节的上端安装在所述数控钻床上，以及下端与所述钻头相连接，所述振动发生短节用于控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述钻头用于在所述数控钻床和所述振动发生短节的控制作用下，破碎放置在岩心夹持器内的岩心样品；其中，所述岩心夹持器放置在所述数控钻床上。优选方案中，所述数控钻床中包括：钻床电箱、滑动主轴、钻床底座、电机和钻床主轴；所述滑动主轴的一端安装在所述钻床底座上，所述钻床电箱安装在所述滑动主轴上，以使得所述钻床电箱沿所述滑动主轴的轴向进行进给运动；所述钻床主轴中包括锥体接头、皮带轮和钻机轴承；其中，所述锥体接头安装在所述钻床电箱内；所述钻机轴承安装在所述锥体接头和所述钻床电箱之间，且与所述锥体接头相配合固定连接；所述电机安装在所述钻床电箱内，且通过所述皮带轮与所述锥体接头的上端相连接，所述锥体接头的下端与所述振动发生节点的上端同轴心固定连接；所述电机用于通过所述皮带轮控制所述锥体接头、所述振动发生节点和所述钻头进行旋转运动。优选方案中，所述振动发生短节中包括：换能器外壳、超声波换能器和供电组件；所述换能器外壳安装在所述锥体接头的下端；所述超声波换能器安装在所述换能器外壳内，且与所述换能器外壳通过螺栓相连接以及与所述钻头通过螺纹同轴心连接；所述超声波换能器用于将电能转换为沿所述超声波换能器轴向上下振动的机械能，以控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述供电组件与所述换能器外壳固定连接，用于给所述超声波换能器供电。优选方案中，所述换能器外壳中包括：换能器接头、换能器轴承、正极环、正负极分隔环、负极环、螺母和通电孔；所述换能器接头的上端与所述锥体接头相配合固定连接，所述换能器接头的下端外壁从上至下依次与所述换能器轴承、所述正极环、所述正负极分隔环和所述负极环相配合固定连接；所述换能器轴承与所述供电组件固定连接；所述正极环的内圈和所述负极环的内圈分别通过所述通电孔、电缆与所述超声波换能器相连接，所述正极环的外圈和所述负极环的外圈分别与所述供电组件相连接，以使得通过所述供电组件向所述超声波换能器供电；所述螺母设置在所述正负极分隔环的下方，且与所述正负极分隔环的下端面相接触，以及与所述换能器接头的下端螺纹连接，以使得在所述螺母锁紧时，将所述正极环、所述正负极分隔环和所述负极环固定在所述换能器接头的下端外壁上。优选方案中，所述超声波换能器中包括从上至下依次安装在所述换能器接头内的换能器后盖、压电陶瓷和换能器主体；所述压电陶瓷通过所述通电孔和电缆，与所述正极环的内圈和所述负极环的内圈相连接，所述压电陶瓷用于将电能转换为沿所述压电陶瓷轴向上下振动的机械能，以控制与所述换能器主体通过螺纹连接的所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动。优选方案中，所述供电组件中包括保护片、电源绝缘环、两个环形碳刷、供电接头和供电外壳；所述保护片和所述电源绝缘环从上至下分别与所述换能器轴承固定连接；所述电源绝缘环安装在所述保护片与所述供电外壳之间；所述电源绝缘环内从上至下设置有所述正极环、所述正负极分隔环和所述负极环；两个所述环形碳刷从上至下分别设置在所述电源绝缘环上，两个所述环形碳刷的一端分别与所述正极环的外圈和所述负极环的外圈摩擦连接，两个所述环形碳刷的另一端分别与所述供电接头相连接，以使得通过所述供电接头向所述超声波换能器供电。优选方案中，所述钻头中包括钻头基体、设置在所述钻头基体上的至少一个刀翼，以及设置在所述刀翼上的切削齿；其中，所述钻头基体的尾部与所述换能器主体通过螺纹连接。优选方案中，所述装置还包括岩屑清理机构；所述岩屑清理机构设置在所述钻床底座上，且与所述钻床底座通过螺栓固定连接，所述岩屑清理机构用于通过与其相连接的泵，向所述钻头钻遇所述岩心样品的位置提供钻井液，以清除所述钻头破碎所述岩心样品后生成的岩屑。优选方案中，所述装置还包括压力传感器；所述压力传感器安装在所述岩心夹持器下方，且与所述钻床底座通过螺栓固定连接，所述压力传感器用于检测所述钻头作用在所述岩心样品上的压力，并将检测结果发送至压力采集器。优选方案中，所述岩心夹持器中包括夹持器主体、岩心筒和多个销钉；所述夹持器主体安装在所述压力传感器上；所述岩心筒放置在所述夹持器主体的中间凹槽内，所述岩心筒用于放置所述岩心样品；所述销钉设置在所述夹持器主体的侧壁的通孔位置处，用于通过所述岩心筒侧壁上的与所述夹持器主体的侧壁的通孔相配合的孔口，将所述岩心样品固定在所述岩心筒内。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的钻井模拟装置，可以通过所述数控机床控制所述振动发生短节、所述钻头进行旋转运动和进给运动，并可以通过所述振动发生短节控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；那么，可以在所述数控钻床和所述振动发生短节的控制作用下，通过所述钻头破碎放置在所述岩心夹持器内的岩心样品，从而可以提高破岩效率。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本技术的理解，并不是具体限定本技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本技术。图1是本申请钻井模拟装置实施例的组成结构示意图；图2是本申请实施例中钻井模拟装置实施例的三维整体视图；图3是本申请实施例中电机、钻床主轴和超声波换能器之间的配合关系示意图；图4是本申请实施例中超声波换能器的组成结构示意图；图5是本申请实施例中钻头的俯视图；图6是本申请实施例中岩心夹持器的俯视图。具体实施方式本申请实施例提供一种钻井模拟装置。结合附图和本技术具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本技术的细节。但是，在此描述的本技术的具体实施方式，仅用于解释本技术的目的，而不能以任何方式理解成是对本技术的限制。在本技术的教导下，技术人员可以构想基于本技术的任意可能的变形，这些都应被视为属于本技术的范围。需要说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井模拟装置，其特征在于，所述装置包括：数控钻床、振动发生短节和钻头；所述数控钻床用于控制所述振动发生短节、所述钻头进行旋转运动和进给运动；所述振动发生短节的上端安装在所述数控钻床上，以及下端与所述钻头相连接，所述振动发生短节用于控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述钻头用于在所述数控钻床和所述振动发生短节的控制作用下，破碎放置在岩心夹持器内的岩心样品；其中，所述岩心夹持器放置在所述数控钻床上。

【技术特征摘要】
1.一种钻井模拟装置，其特征在于，所述装置包括：数控钻床、振动发生短节和钻头；所述数控钻床用于控制所述振动发生短节、所述钻头进行旋转运动和进给运动；所述振动发生短节的上端安装在所述数控钻床上，以及下端与所述钻头相连接，所述振动发生短节用于控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述钻头用于在所述数控钻床和所述振动发生短节的控制作用下，破碎放置在岩心夹持器内的岩心样品；其中，所述岩心夹持器放置在所述数控钻床上。2.根据权利要求1所述的钻井模拟装置，其特征在于，所述数控钻床中包括：钻床电箱、滑动主轴、钻床底座、电机和钻床主轴；所述滑动主轴的一端安装在所述钻床底座上，所述钻床电箱安装在所述滑动主轴上，以使得所述钻床电箱沿所述滑动主轴的轴向进行进给运动；所述钻床主轴中包括锥体接头、皮带轮和钻机轴承；其中，所述锥体接头安装在所述钻床电箱内；所述钻机轴承安装在所述锥体接头和所述钻床电箱之间，且与所述锥体接头相配合固定连接；所述电机安装在所述钻床电箱内，且通过所述皮带轮与所述锥体接头的上端相连接，所述锥体接头的下端与所述振动发生节点的上端同轴心固定连接；所述电机用于通过所述皮带轮控制所述锥体接头、所述振动发生节点和所述钻头进行旋转运动。3.根据权利要求2所述的钻井模拟装置，其特征在于，所述振动发生短节中包括：换能器外壳、超声波换能器和供电组件；所述换能器外壳安装在所述锥体接头的下端；所述超声波换能器安装在所述换能器外壳内，且与所述换能器外壳通过螺栓相连接以及与所述钻头通过螺纹同轴心连接；所述超声波换能器用于将电能转换为沿所述超声波换能器轴向上下振动的机械能，以控制所述钻头按照指定频率沿所述钻头轴向上下振动；所述供电组件与所述换能器外壳固定连接，用于给所述超声波换能器供电。4.根据权利要求3所述的钻井模拟装置，其特征在于，所述换能器外壳中包括：换能器接头、换能器轴承、正极环、正负极分隔环、负极环、螺母和通电孔；所述换能器接头的上端与所述锥体接头相配合固定连接，所述换能器接头的下端外壁从上至下依次与所述换能器轴承、所述正极环、所述正负极分隔环和所述负极环相配合固定连接；所述换能器轴承与所述供电组件固定连接；所述正极环的内圈和所述负极环的内圈分别通过所述通电孔、电缆与所述超声波换能器相连接，所述正极环的外圈和所述负极环的外圈分别与所述供电组件相连接，以使得通过所述供电组件向所述超声波换能器供电；所述螺母设置在所述正负极分隔环的下方，且与所述正负极分隔环的下端面相接触，以及与...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄家根，汪海阁，葛云华，纪国栋，赵飞，周礼鹏，郝亚龙，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11