深井钻进真三轴试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及岩石钻进技术领域，尤其涉及一种深井钻进真三轴试验装置及方法，旨在解决无法适用不规则试样，无法模拟复杂地层环境下钻进的问题。本发明专利技术提供的深井钻进真三轴试验装置包括压力室、钻进组件、加压组件、加热组件和至少六个锁紧组件；压力室用于容纳试样及液压油；钻进组件包括钻头；加压组件包括推杆活塞，推杆活塞插装于压力室并可沿自身轴线移动；加热组件用于加热液压油；每两个锁紧组件为一组，两个锁紧组件连成一条斜线段，斜线段相交于自身中点并沿钻头的轴线环形阵列。本发明专利技术通过多点夹持、液压施力的方式对不规则试样进行固定，并通过液压加压以及加热液压油的方式以模拟钻头在复杂地层环境下的钻进。模拟钻头在复杂地层环境下的钻进。模拟钻头在复杂地层环境下的钻进。

【技术实现步骤摘要】
深井钻进真三轴试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩石钻进
，尤其涉及一种深井钻进真三轴试验装置及方法。

技术介绍

[0002]随着石油天然气开采深度提升，对于深层、超深层钻井的成功率以及缩短建井周期提出了更高的要求。面对深层、超深层井中超深、超高压、超高温的环境，钻井风险大幅提升，导致钻井复杂事故多、施工周期长，尤其在遇到复杂地层时，钻井成功率不高，严重制约了油气资源评价效率。由于石油钻井过程的隐蔽性和复杂性，以及深层、超深层钻井进尺成本较高，钻井现场通常依靠测量相关工艺参数来评价综合影响，无法直接测量井下的力学参数。因此，钻进模拟试验就显得极为重要。
[0003]现有技术中为了研究钻井中岩石破碎的过程机理并定量地解决现场实际问题，通常使用全尺寸钻井井底压力模拟试验，采用全尺寸钻头在模拟井底压力的条件下进行钻进试验，以获取载荷、加载速度、钻头楔形齿等参数与岩石破碎的关系，揭示在钻进过程中岩石的物理性能和力学性能，从而提高钻进的效率和成功率。由于无法对不规则试样进行试验，因而难以对复杂的地层环境下的钻进进行模拟，无法更准确的表征岩层特征、地应力、钻具以及相关参数之间的关系，不利于提高钻进效率和成功率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种深井钻进真三轴试验装置及方法，以解决无法适用不规则试样，无法模拟复杂地层环境下钻进的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案在于：一种深井钻进真三轴试验装置，包括压力室、钻进组件、加压组件、加热组件和至少六个锁紧组件；压力室用于容纳试样及液压油；钻进组件包括钻头，钻头插入压力室并钻进试样；加压组件包括推杆活塞，推杆活塞插装于压力室并可沿自身轴线移动；加热组件用于加热液压油；每两个锁紧组件为一组，两个锁紧组件连成一条斜线段，斜线段相交于自身中点并沿钻头的轴线环形阵列；锁紧组件包括第一推杆和至少两个固定爪；固定爪沿第一推杆的轴线环形阵列并铰接于第一推杆的一端，用于抵接试样；第一推杆与斜线段共线，配置为沿自身轴线移动并带动固定爪移动。
[0006]进一步的，锁紧组件还包括第二推杆，第二推杆插装于第一推杆并与第一推杆滑动连接，第二推杆一端抵接于固定爪；第二推杆可沿自身轴线移动并带动固定爪摆动，以改变固定爪与第二推杆的轴线之间的夹角。
[0007]进一步的，固定爪包括弧形板和限位板；弧形板的外圆抵接于试样；限位板连接于弧形板的外圆；第二推杆包括限位台，限位台抵接于限位板。
[0008]进一步的，锁紧组件还包括电动缸，电动缸连接于第二推杆远离固定爪的一端并安装于第一推杆，用于驱动第二推杆沿自身轴线移动。
[0009]进一步的，锁紧组件还包括液压缸，液压缸与压力室连接；第一推杆插装于液压缸
且两端均伸出液压缸；第一推杆上设置有第一活塞环，第一活塞环抵接于液压缸的内壁。
[0010]进一步的，压力室包括加压管，推杆活塞插装于加压管并可沿加压管的轴线移动。
[0011]进一步的，压力室还包括连通管，连通管一端与压力室的内腔连通，另一端与加压管连通；至少两个连通管沿钻头的轴线环形均布。
[0012]进一步的，加热组件包括加热丝，加热丝设置于压力室的内腔；加热丝沿钻头的轴线螺旋设置。
[0013]进一步的，深井钻进真三轴试验装置还包括液压站，液压站与压力室连通，用于向压力室补充液压油并进行加压。
[0014]本专利技术的另一方面，提供了一种深井钻进真三轴试验方法，使用上述的深井钻进真三轴试验装置，包括如下步骤：固定试样：打开压力室的上盖，装入试样，第一推杆带动固定爪向试样移动并抵接于试样；初步加压：关闭压力室的上盖，启动液压站，向压力室中充入液压油并进行加压；加热试样：启动加热组件加热液压油，直至达到试验温度并保持试验温度；二次加压：推杆活塞沿加压管移动，进一步提升压力，直至到达试验压力；钻进：启动钻进组件开始试验；取出试样：钻进完成后，钻头反转至脱离试样，推杆活塞反向移动，液压站停止工作进行泄压，随后取出试样。
[0015]综合上述技术方案，本专利技术所能实现的技术效果在于：本专利技术提供的深井钻进真三轴试验装置包括压力室、钻进组件、加压组件、加热组件和至少六个锁紧组件；压力室用于容纳试样及液压油；钻进组件包括钻头，钻头插入压力室并钻进试样；加压组件包括推杆活塞，推杆活塞插装于压力室并可沿自身轴线移动；加热组件用于加热液压油；每两个锁紧组件为一组，两个锁紧组件连成一条斜线段，斜线段相交于自身中点并沿钻头的轴线环形阵列；锁紧组件包括第一推杆和至少两个固定爪；固定爪沿第一推杆的轴线环形阵列并铰接于第一推杆的一端，用于抵接试样；第一推杆与斜线段共线，配置为沿自身轴线移动并带动固定爪移动。
[0016]本专利技术提供的深井钻进真三轴试验装置通过多组环形均布的锁紧组件的设置，实现了对不规则试样多个方向的施力，且施力方向交汇于一点，通过多个方向均匀对称的施力，使不规则试样受力稳定且有效限制试样的自由度，保证了对不规则试样的可靠固定。
[0017]同时，将试样置于液压油中，通过液压加压的方式，使不规则试样受力均匀全面，避免了机械加压方式导致的受力不均，破坏试样的受力平衡，有利于固定试样。并且液压加压方式使试样受力均匀，相比于常规机械施力的方式能对试样全面施力，避免试样局部不受外力的情况，能更有效的模拟地层应力状态。
[0018]通过对液压油进行加热来模拟地层温度，可使试样受热均匀且易于控制温度，便于保温，有利于提升试验模拟效果并节省电能消耗。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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
附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的深井钻进真三轴试验装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的深井钻进真三轴试验装置的右视图；图3为图2中的A
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A剖视图；图4为压力室和固定支架的结构示意图；图5为锁紧组件的剖视示意图；图6为第二推杆的结构示意图。
[0021]图标：100
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压力室；200
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钻进组件；300
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加压组件；400
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锁紧组件；500
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液压站；600
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固定支架；110
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加压管；120
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连通管；210
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钻头；220
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电机；230
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钻进推杆；240
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导向杆；250
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连接板；260
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安装板；310
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推杆活塞；320
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推杆电缸；410
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第一推杆；420
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深井钻进真三轴试验装置，其特征在于，包括压力室（100）、钻进组件（200）、加压组件（300）、加热组件和至少六个锁紧组件（400）；所述压力室（100）用于容纳试样及液压油；所述钻进组件（200）包括钻头（210），所述钻头（210）插入压力室（100）并钻进所述试样；所述加压组件（300）包括推杆活塞（310），所述推杆活塞（310）插装于所述压力室（100）并可沿自身轴线移动；所述加热组件用于加热所述液压油；每两个所述锁紧组件（400）为一组，两个所述锁紧组件（400）连成一条斜线段，所述斜线段相交于自身中点并沿所述钻头（210）的轴线环形阵列；所述锁紧组件（400）包括第一推杆（410）和至少两个固定爪（430）；所述固定爪（430）沿所述第一推杆（410）的轴线环形阵列并铰接于所述第一推杆（410）的一端，用于抵接所述试样；所述第一推杆（410）与所述斜线段共线，配置为沿自身轴线移动并带动所述固定爪（430）移动。2.根据权利要求1所述的深井钻进真三轴试验装置，其特征在于，所述锁紧组件（400）还包括第二推杆（420），所述第二推杆（420）插装于所述第一推杆（410）并与所述第一推杆（410）滑动连接，所述第二推杆（420）一端抵接于所述固定爪（430）；所述第二推杆（420）可沿自身轴线移动并带动所述固定爪（430）摆动，以改变所述固定爪（430）与所述第二推杆（420）的轴线之间的夹角。3.根据权利要求2所述的深井钻进真三轴试验装置，其特征在于，所述固定爪（430）包括弧形板（431）和限位板（432）；所述弧形板（431）的外圆抵接于所述试样；所述限位板（432）连接于所述弧形板（431）的外圆；所述第二推杆（420）包括限位台（421），所述限位台（421）抵接于所述限位板（432）。4.根据权利要求3所述的深井钻进真三轴试验装置，其特征在于，所述锁紧组件（400）还包括电动缸（440），所述电动缸（440）连接于所述第二推杆（420）远离所述固定爪（430）的一端并安装于所述第一推杆（410），用于驱动所述第二推杆（420）沿自身轴线移动。5.根据权利要求4所述的深井钻进真三...

【专利技术属性】
技术研发人员：李守定，周忠鸣，李晓，郑博，毛天桥，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：