本说明书提供了一种PDC齿切削破岩实验装置，包括：具有容纳腔室的包围主体；设置在容纳腔室内的岩石样品，岩石样品具有切削面；用于密封容纳腔室的切削上盖，切削上盖与切削面相面对，切削上盖设置有与容纳腔室相连通的注液孔；具有纵长延伸方向的切削刀杆，切削刀杆上可拆卸安装有与切削面相接触的PDC齿，PDC齿与切削面之间具有预定角度；用于驱动切削刀杆沿着平行于纵长延伸方向运动的运动控制机构；用于对岩石样品施加围压的围压机构；用于调节容纳腔室温度的温度控制机构；用于向注液孔注入试验介质的注液控制机构。本说明书可实现向岩石样品切削面注入多种试验介质，可以实现井底地应力、液柱压力和温度条件的模拟。液柱压力和温度条件的模拟。液柱压力和温度条件的模拟。
【技术实现步骤摘要】
PDC齿切削破岩实验装置
[0001]本申请涉及深部地层钻井
，尤其涉及一种PDC齿切削破岩实验装置。
技术介绍
[0002]随着我国经济社会快速发展和人民生活水平不断提高，能源需求日益增长，油气对外依存度逐年攀升。目前，深层资源探明率较低，发现新储量潜力大，深层油气及地热资源的开发可缓解我国能源安全面临的巨大挑战。
[0003]深地储层具有岩石样品硬度高、研磨性强、可钻性差、温度高等特点，相较于浅部地层环境更加复杂、施工难度更大。PDC(Polycrystalline Diamond Compact bit，聚晶金刚石)钻头自20世纪70年代末进入油气钻井行业以来，以其破岩效率高、钻速快、寿命长、性能稳定、经济效益显著等优势，被广泛用于油气及地热钻井。
[0004]但是，PDC钻头在深部硬岩地层中的钻进仍面临着冲击磨损严重、钻速下降快、钻头进尺短的挑战。因此，有必要提供一种PDC齿切削破岩实验装置，揭示深部地层钻井中PDC钻头破岩机理，这对于优化PDC齿结构参数及布齿参数，提高深部地层机械钻速具有重要意义。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种PDC齿切削破岩实验装置，能够模拟深部硬岩地层高温高压的环境，并实现向岩石样品切削面注入多种试验介质，可以进行井底地应力、液柱压力和温度条件的模拟，为研制适用于深层高温高围压钻井提速用的PDC钻头提供理论指导。
[0006]为了达到上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：
[0007]一种PDC齿切削破岩实验装置，包括：
[0008]具有容纳腔室的包围主体；
[0009]设置在所述容纳腔室内的岩石样品，所述岩石样品具有切削面；
[0010]用于密封所述容纳腔室的切削上盖，所述切削上盖与所述切削面相面对，所述切削上盖设置有与所述容纳腔室相连通的注液孔；
[0011]具有纵长延伸方向的切削刀杆，所述切削刀杆上可拆卸安装有与所述切削面相接触的PDC齿，所述PDC齿与所述切削面之间具有预定角度；
[0012]用于驱动所述切削刀杆沿着平行于所述纵长延伸方向运动的运动控制机构；
[0013]用于对所述岩石样品施加围压的围压机构；
[0014]用于调节所述容纳腔室温度的温度控制机构；
[0015]用于向所述注液孔注入试验介质的注液控制机构。
[0016]作为一种优选的实施方式，所述围压机构包括：设置在所述容纳腔室中的垫板，所述垫板具有多个；加载活塞缸，所述加载活塞缸具有多个，所述加载活塞缸与所述包围主体密封连接，并通过所述垫板为所述岩石样品施加围压；加载油泵，与所述加载活塞缸相连，
用于为所述加载活塞缸提供液压。
[0017]作为一种优选的实施方式，所述岩石样品为方形结构，具有相对的顶面和底面，以及围设于所述顶面和所述底面之间的侧面；所述垫板包括：沿着所述岩石样品周向间隔设置的第一垫板，以及设置在所述岩石样品底面的第二垫板，所述第一垫板上与所述岩石样品相面对的表面与所述岩石样品的侧面等面积，所述第二垫板上与所述岩石样品相面对的表面和所述岩石样品的底面等面积。
[0018]作为一种优选的实施方式，所述岩石样品的顶面为所述切削面，所述垫板还包括：设置在所述岩石样品切削面的第三垫板，所述第三垫板设置有允许所述PDC齿切削岩石样品的避让槽。
[0019]作为一种优选的实施方式，所述切削上盖设置有用于安装所述切削刀杆的中心腔室，所述切削上盖设置有进入口和伸出口，所述进入口和所述伸出口均与所述中心腔室相连通，所述切削刀杆贯穿于所述进入口与所述伸出口之间。
[0020]作为一种优选的实施方式，所述切削刀杆与所述PDC齿之间设置有夹持件，所述PDC齿夹持于所述夹持件的底部，所述切削刀杆上设置有用于插入所述夹持件的定位孔，所述夹持件与所述切削刀杆之间设置有用于调节所述PDC齿相对于所述切削面高度的径向限位机构，所述径向限位机构能防止所述夹持件从所述定位孔中脱出。
[0021]作为一种优选的实施方式，所述切削刀杆包括：第一主体段、第二主体段以及螺纹连接于所述第一主体段和所述第二主体段之间的连接段，所述定位孔设置在所述连接段上。
[0022]作为一种优选的实施方式，所述径向限位机构还包括：设置在所述连接段上的连接孔；与所述连接孔相配合的紧固件；设置在所述夹持件上的斜面；设置在所述定位孔中与所述紧固件的端部相连的补偿块，所述补偿块与所述斜面相配合；安装于所述定位孔上方的挡片，所述挡片与所述补偿块的顶端相抵接。
[0023]作为一种优选的实施方式，所述温度控制机构包括：安装于所述包围主体上的电加热棒；用于调节所述电加热棒加热功率的温度控制单元；用于获取所述包围主体内部温度的温度传感器。
[0024]作为一种优选的实施方式，所述切削刀杆安装有载荷传感器，所述载荷传感器用于获取施加在所述PDC齿上的推力，所述载荷传感器与所述运动控制机构连接。
[0025]有益效果：
[0026]本申请提供的PDC齿切削破岩实验装置的包围主体能够模拟岩石样品所在的深部地层环境，围压机构用于对岩石样品施加围压，模拟深部地层的高压环境，温度控制机构用于调节包围主体内部的温度，模拟深部地层的高温环境，注液控制机构用于向包围主体内部注液，模拟深部地层钻井过程中的液柱压力。切削刀杆上可拆卸的安装有PDC齿，从而通过更换不同形态的PDC齿，实现不同类型的切削刀头测试。本申请的实验装置通过一组或多组连续的切削活动，可对PDC齿不同切削状态下的受力状态进行对比分析，判定和优选针对不同岩石的切削角度、速度、液柱压力等。用来开展包括且不限于岩石切削形态、切屑堆积形态、PDC齿磨损程度、PDC齿角度与其受力关系等的实验验证。
[0027]参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。
[0028]针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0029]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动力的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本说明书实施例提供的PDC齿切削破岩实验装置的结构示意图；
[0032]图2为本说明书实施例提供的PDC齿切削破岩实验装置的剖视图；
[0033]图3为本说明书实施例提供的PDC齿切削破岩实验装置的附视图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种PDC齿切削破岩实验装置，其特征在于，包括：具有容纳腔室的包围主体；设置在所述容纳腔室内的岩石样品，所述岩石样品具有切削面；用于密封所述容纳腔室的切削上盖，所述切削上盖与所述切削面相面对，所述切削上盖设置有与所述容纳腔室相连通的注液孔；具有纵长延伸方向的切削刀杆，所述切削刀杆上可拆卸安装有与所述切削面相接触的PDC齿，所述PDC齿与所述切削面之间具有预定角度；用于驱动所述切削刀杆沿着平行于所述纵长延伸方向运动的运动控制机构；用于对所述岩石样品施加围压的围压机构；用于调节所述容纳腔室温度的温度控制机构；用于向所述注液孔注入试验介质的注液控制机构。2.如权利要求1所述的PDC齿切削破岩实验装置，其特征在于，所述围压机构包括：设置在所述容纳腔室中的垫板，所述垫板具有多个；加载活塞缸，所述加载活塞缸具有多个，所述加载活塞缸与所述包围主体密封连接，并通过所述垫板为所述岩石样品施加围压；加载油泵，与所述加载活塞缸相连，用于为所述加载活塞缸提供液压。3.如权利要求2所述的PDC齿切削破岩实验装置，其特征在于，所述岩石样品为方形结构，具有相对的顶面和底面，以及围设于所述顶面和所述底面之间的侧面；所述垫板包括：沿着所述岩石样品周向间隔设置的第一垫板，以及设置在所述岩石样品底面的第二垫板，所述第一垫板上与所述岩石样品相面对的表面与所述岩石样品的侧面等面积，所述第二垫板上与所述岩石样品相面对的表面和所述岩石样品的底面等面积。4.如权利要求3所述的PDC齿切削破岩实验装置，其特征在于，所述岩石样品的顶面为所述切削面，所述垫板还包括：设置在所述岩石样品切削面的第三垫板，所述第三垫板设置有允许所述PDC齿切削岩石样品的避让槽。5.如权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：史怀忠，黄中伟，熊超，代献伟，盛茂，杨睿月，程镇，陈晗，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
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