围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置及方法，该测试装置包括围压舱，围压舱包括圆筒形的壳体和密封盖合在壳体两端的前端盖和后端盖；在前端盖上垂直设有密封贯通前端盖并能轴向移动的内筒，内筒端部安装有高压水射流喷头，内筒另一端作为连接端密封连通有高压胶管；内筒外套有外筒，外筒的一端密封固定在前端盖上，外筒的另一端与内筒外壁之间活动密封；该测试装置还包括用于测定不同围压所需配重的动态平衡配重机构和用于测定水射流钻孔的推进力的动态平衡测力机构。本发明专利技术能模拟高压水射流钻孔，喷射自进时的动态平衡状态，能实时测定喷射射流的推进力。

Dynamic Balance Self-propelled Water Jet Drilling Testing Device and Method under Confined Pressure

The invention discloses a dynamic balanced self-propelled water jet drilling testing device and method under confining pressure. The testing device includes a confining chamber, which comprises a cylindrical shell and a front end cover and a back end cover with a sealing cover at both ends of the shell; an inner cylinder with a sealing through front end cover and an axially movable inner cylinder is vertically arranged on the front end cover, and a high-pressure water jet nozzle is installed at the end of the inner cylinder. The other end of the inner cylinder serves as the connecting end and is sealed and connected with a high-pressure rubber pipe; the outer cylinder is covered with an outer cylinder, one end of the outer cylinder is sealed and fixed on the front end cover, and the other end of the outer cylinder is movably sealed with the outer wall of the inner cylinder; the measuring device also includes a dynamic balancing weighing mechanism for measuring the weights required for different confining pressures and a dynamic balancing force measuring mechanism for measuring the thrust force of water jet drilling holes. The invention can simulate the dynamic equilibrium state of high-pressure water jet drilling and self-propelled injection, and can measure the propelling force of the jet in real time.

【技术实现步骤摘要】
围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置及方法
本专利技术属于自进式高压水射流领域，具体涉及一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置及方法。
技术介绍
TRD(TightRadiusDrillingTechnology即极短半径钻井技术)技术是在煤层气井的井底某一深度，利用转向器和水力切割技术从垂直井钻与其近90度的一个或多个水平孔，形成以井眼为中心，放射状分布的储层改造影响范围，可以沟通近井地带及远处更多微裂隙及裂缝系统，解除井筒附近应力集中，沟通煤层原始裂隙及导向压裂等多重目的，进而达到煤层气井单井增产的目的。为了进一步开展高压水射流喷射钻进的研究，需要研制一种模拟井底围压下进行自进式高压水射流钻孔的测试装置和方法，在动态平衡状态下，测试不同围压、不同硬度煤样、不同喷头结构淹没状态下，高压水射流钻进时的自进力，模拟不同硬度煤样的钻进速度、不同喷头钻进效果，为现场试验提供研究基础。目前的测试装置在高压水射流钻孔时，不能模拟喷射自进时的动态平衡状态，也不能实时测试喷射射流的推进力，上述不足不利于开展高压水射流增产研究。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置及方法，克服目前的测试装置在高压水射流钻孔时，不能模拟喷射自进时的动态平衡状态，也不能实时测试喷射射流的推进力等缺陷。为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，包括围压舱，所述围压舱包括圆筒形的壳体和密封盖合在壳体两端的前端盖和后端盖；在所述前端盖上垂直设有密封贯通前端盖并能轴向移动的内筒，位于围压舱内的内筒端部安装有高压水射流喷头，在围压舱外部的内筒的端部作为连接端密封连通有高压胶管；在围压舱外部的内筒外套有外筒，外筒的一端密封固定在前端盖上，外筒的另一端与内筒外壁之间活动密封；该测试装置还包括动态平衡配重机构和动态平衡测力机构；所述动态平衡配重机构包括固定在所述连接端上的管线夹，在所述管线夹上连接有线绳，线绳绕过固定在所述前端盖上的定滑轮后吊接有配重砝码；所述动态平衡测力机构包括套在所述高压胶管上的弹簧，弹簧靠近内筒的一端固定在高压胶管上，远离内筒的一端垂直连接有滑板，所述滑板可滑动安装在平行于高压胶管的滑轨上，所述滑轨的端部固定在靠近弹簧中部的第一固定板上，所述第一固定板平行于滑板且安装在位于弹簧下方且固定在外筒上的槽钢上；在第一固定板和滑板之间设有力传感器。本专利技术还包括如下技术特征：可选地，所述力传感器的两端设有紧贴第一固定板和滑板的压块；所述槽钢的一端焊接有紧贴外筒下壁的连接块，所述连接块上端连接有套在外筒上壁上的紧固块，所述紧固块和连接块紧密固定套在外筒上；所述槽钢的另一端的两个侧壁上通过螺栓连接有两个平行且位于弹簧两侧的侧固定板，在两个侧固定板之间垂直焊接所述第一固定板，在紧贴第一固定板的压块的下方设有固定在第一固定板上的压块支撑板；在紧贴滑板的压块的下方设有垂直连接在两个侧固定板之间的第二固定板；所述滑轨有两个，两个滑轨平行贯穿所述第一固定板、第二固定板和滑板，且滑轨的端部固定在第一固定板上。可选地，所述侧固定板为矩形结构；所述第一固定板为下端设有开口的凸字形结构，第一固定板的上部用以紧贴压块，第一固定板的下部的两端用以固定所述滑轨，第一固定板的下端开口用于弹簧和高压胶管穿过；所述压块支撑板的竖向截面为L形结构，压块支撑板的横板的端部焊接在第一固定板上，压块支撑板的竖板上端设有与压块下壁配合紧贴的弧形凹槽；所述第二固定板为倒置的U型结构，第二固定板的下端的开口用于弹簧和高压胶管穿过；第二固定板的上端设有与压块下壁配合紧贴的弧形凹槽；所述滑板为十字形结构，滑板的上部用于紧贴所述压块，滑板的左右两端用以贯穿滑轨，滑板的下部开设有弧形凹槽用以方便高压胶管穿过。可选地，在所述壳体顶部设有抗震压力表、安全溢流阀、注水放气口和用于搬动围压舱的两个吊环；所述围压舱内设有用以固定和支撑煤样的固定支撑架，固定支撑架靠近后端盖设置，在固定支撑架上方的围压舱内还设有过滤网，用以防止高压水射流钻孔时钻渣喷射而堵塞所述安全溢流阀；所述前端盖上设有放水截止阀；所述壳体底部设有两个围压舱支架。所述抗震压力表用于观测围压舱内压力变化情况，压力范围为0-16MPa，抗震压力表和安全溢流阀入口还设置有精过滤器，用于二次过滤钻屑，保证抗震压力表和安全溢流阀的正常使用。安全溢流阀用于喷射钻进时保持要求的围压舱内压力，安全溢流阀压力从0-10MPa可调，注水放气口用于起始时注水和排除围压舱内的多余空气。放水截止阀一方面可以防止安全溢流阀堵塞进行安全保护泄压，另一方面可以快速放空围压舱内的残留水。可选地，在所述外筒内壁和内筒外壁之间形成密闭腔体，所述密闭腔体和围压舱之间密封连通有连通胶管，用以保持围压舱内的水压与所述密闭腔体内的压力平衡，从而抵消围压舱内的水压对内筒的推力。可选地，所述定滑轮通过滑轮架安装在所述前端盖上；位于定滑轮和管线夹之间的线绳与内筒的中轴线相互平行。可选地，所述后端盖可拆卸密封盖合在壳体端部，在所述后端盖的侧壁上设有两个第一插销板，在紧贴后端盖的壳体端部的侧壁上设有两个分别与两个第一插销板平行紧贴的第二插销板，所述第一插销板与第二插销板之间通过插销铰接，用以沿插销旋转打开后端盖；所述后端盖上设有用以拉动后端盖的把手；所述后端盖的边缘一周安装有用以将后端盖密封紧贴固定在壳体端部的螺栓。可选地，所述槽钢的外侧壁上设有用以测量弹簧伸长量的位移标尺。可选地，所述内筒、外筒和壳体同轴设置，在所述内筒和外筒之间设有密封件，所述密封件为阻力小且密封可靠的密封件；所述内筒沿外筒移动的行程为500mm；所述外筒通过法兰固定在前端盖上，且进行端面密封。本专利技术还提供了一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试方法，采用所述的围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置进行测试，具体包括以下步骤：(A)配重测试包括以下步骤：A1：从围压舱上的注水放气口注满舱水后，堵上注水放气口；A2：在高压胶管上连通水泵，高压水射流喷头开始喷水至围压舱达到要求围压，通过抗震压力表读数；A3：在该围压下，通过调整配重砝码记录内筒匀速运动后的配重，得到该围压所需配重；A4：调节安全溢流阀，记录不同围压所需配重砝码的配重；(B)测试步骤：B1：打开放水截止阀，快速放空围压舱内的残留水，并将内筒拉至靠近前端盖；B2：打开后端盖，在围压舱中放入煤样并固定，螺接后端盖；B3：调定安全溢流阀压力，配置该试验组围压下相应的配重砝码；B4：开启水泵开始高压喷射钻进，记录力传感器数值、从位移标尺读取弹簧位移量得到对应力值和钻进速度；其中，自进式喷射钻进推进力等于力传感器读数加上弹簧弹力；记录水泵测试过程中的压力和流量；B5：待内筒完成一个行程时，自推进钻进完成，打开后端盖，取出试样，观察、测量和记录钻孔数据。B6：重复上述各步骤，测量得到不同围压压力淹没状态、不同硬度系统煤层和不同喷头结构下的试验数据。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：(Ⅰ)本专利技术的围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，能模拟在不同围压压力的淹没状态、不同硬度系统煤层、不同喷头结构下，进行自进式高压水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，包括围压舱(1)，所述围压舱(1)包括圆筒形的壳体(11)和密封盖合在壳体两端的前端盖(12)和后端盖(13)；其特征在于，在所述前端盖(12)上垂直设有密封贯通前端盖(12)并能轴向移动的内筒(4)，位于围压舱(1)内的内筒(4)端部安装有高压水射流喷头(5)，在围压舱(1)外部的内筒(4)的端部作为连接端密封连通有高压胶管(6)；在围压舱(1)外部的内筒(4)外套有外筒(7)，外筒(7)的一端密封固定在前端盖(12)上，外筒(7)的另一端与内筒(4)外壁之间活动密封；该测试装置还包括动态平衡配重机构(2)和动态平衡测力机构(3)；所述动态平衡配重机构(2)包括固定在所述连接端上的管线夹(21)，在管线夹(21)上连接有线绳(22)，线绳(22)绕过固定在所述前端盖(12)上的定滑轮(23)后吊接有配重砝码(24)；所述动态平衡测力机构(3)包括套在所述高压胶管(6)上的弹簧(31)，弹簧(31)靠近内筒(4)的一端固定在高压胶管(6)上，另一端垂直连接有滑板(32)，所述滑板(32)可滑动安装在平行于高压胶管(6)的滑轨(33)上，所述滑轨(33)垂直固定在靠近弹簧(31)中部的第一固定板(34)上，第一固定板(34)安装在位于弹簧(31)下方且固定在外筒(7)上的槽钢(35)上；在第一固定板(34)和滑板(32)之间设有力传感器(36)。...

【技术特征摘要】
1.一种围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，包括围压舱(1)，所述围压舱(1)包括圆筒形的壳体(11)和密封盖合在壳体两端的前端盖(12)和后端盖(13)；其特征在于，在所述前端盖(12)上垂直设有密封贯通前端盖(12)并能轴向移动的内筒(4)，位于围压舱(1)内的内筒(4)端部安装有高压水射流喷头(5)，在围压舱(1)外部的内筒(4)的端部作为连接端密封连通有高压胶管(6)；在围压舱(1)外部的内筒(4)外套有外筒(7)，外筒(7)的一端密封固定在前端盖(12)上，外筒(7)的另一端与内筒(4)外壁之间活动密封；该测试装置还包括动态平衡配重机构(2)和动态平衡测力机构(3)；所述动态平衡配重机构(2)包括固定在所述连接端上的管线夹(21)，在管线夹(21)上连接有线绳(22)，线绳(22)绕过固定在所述前端盖(12)上的定滑轮(23)后吊接有配重砝码(24)；所述动态平衡测力机构(3)包括套在所述高压胶管(6)上的弹簧(31)，弹簧(31)靠近内筒(4)的一端固定在高压胶管(6)上，另一端垂直连接有滑板(32)，所述滑板(32)可滑动安装在平行于高压胶管(6)的滑轨(33)上，所述滑轨(33)垂直固定在靠近弹簧(31)中部的第一固定板(34)上，第一固定板(34)安装在位于弹簧(31)下方且固定在外筒(7)上的槽钢(35)上；在第一固定板(34)和滑板(32)之间设有力传感器(36)。2.如权利要求1所述的围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，其特征在于，所述力传感器(36)的两端设有紧贴第一固定板(34)和滑板(32)的压块(361)；所述槽钢(35)的一端焊接有紧贴外筒(7)下壁的连接块(351)，所述连接块(351)上端连接有套在外筒(7)上壁上的紧固块(352)，所述紧固块(352)和连接块(351)紧密固定套在外筒(7)上；所述槽钢(35)的另一端的两个侧壁上通过螺栓连接有两个平行相对且位于弹簧(31)两侧的侧固定板(37)，在两个侧固定板(37)之间垂直焊接所述第一固定板(34)，在紧贴第一固定板(34)的压块(361)的下方设有固定在第一固定板(34)上的压块支撑板(341)；在紧贴滑板(32)的压块(361)的下方设有垂直连接在两个侧固定板(37)之间的第二固定板(38)；所述滑轨(33)有两个，两个滑轨(33)平行贯穿所述第一固定板(34)、第二固定板(38)和滑板(32)，且滑轨(33)的端部固定在第一固定板(34)上。3.如权利要求2所述的围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，其特征在于，所述侧固定板(37)为矩形结构；所述第一固定板(34)为下端设有开口的凸字形结构，第一固定板(34)的上部用以紧贴压块(361)，第一固定板(34)的下部的两端用以固定所述滑轨(33)，第一固定板(34)的下端开口用于弹簧(31)和高压胶管(6)穿过；所述压块支撑板(341)的竖向截面为L形结构，压块支撑板(341)的横板的端部焊接在第一固定板(34)上，压块支撑板(341)的竖板上端设有与压块(361)下壁配合紧贴的弧形凹槽；所述第二固定板(38)为倒置的U型结构，第二固定板(38)的下端的开口用于弹簧(31)和高压胶管(6)穿过；第二固定板(38)的上端设有与压块(361)下壁配合紧贴的弧形凹槽；所述滑板(32)为十字形结构，滑板(32)的上部用于紧贴所述压块(361)，滑板(32)的左右两端用以贯穿滑轨(33)，滑板(32)的下部开设有弧形凹槽用以方便高压胶管(6)穿过。4.如权利要求1所述的围压状态下动态平衡自推进式水射流钻孔测试装置，其特征在于，在所述壳体(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚亚峰，沙翠翠，张金宝，梁春苗，李坤，宋海涛，彭涛，王力，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61