一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法，该测试装置包括：压力仓，内部为能够容纳岩石样品的测试腔；压力模拟部件，用于模拟实际的地层压力，其包括围压模拟部件与孔压模拟部件，所述围压模拟部件连通所述测试腔以输入围压流体介质，所述孔压模拟部件能够连通岩石样品内部的孔隙以输入孔压流体介质；温度模拟部件，用于调节所述测试腔内部的温度，以模拟实际的地层温度；冲击钻进部件，其包括向下插入至所述压力仓中的钻头。基于本发明专利技术的技术方案，充分模拟冲击钻井过程中的钻进参数、冲击参数及地层环境参数，既模拟真实井下地层环境，又模拟井下钻头真实冲击钻进的工作状态，实现多因素条件下的室内冲击破岩测试。岩测试。岩测试。

【技术实现步骤摘要】
一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法


[0001]本专利技术涉及石油勘探开发
，特别地涉及一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法。

技术介绍

[0002]冲击破岩作为高效破岩技术之一，可以解决复杂难钻地层机械钻速缓慢、钻具失效严重等问题。随着勘探开发的不断深入，钻遇地层环境愈加复杂，冲击破岩效果不仅与钻头冲击参数和岩石本身力学特性相关，且依赖于井底压力环境与地层条件，因此，建立考虑地层特性、钻井关键参数、冲击动载参数等关键因素复合作用下冲击破岩室内测试系统，对推动油气井高效钻井技术优化具有科学的指导意义。
[0003]目前，现有的室内评价冲击破岩装置大多基于室内常温常压环境下，忽略的井下环境对破岩效率的影响；现有考虑多因素环境的室内破岩模拟装置，则仅能模拟常规钻进过程，缺乏冲击装置，无法模拟冲击破岩过程，且大多不能改变钻进参数。因此，国内目前尚未形成考虑多因素的冲击破岩室内测试系统与方法。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的冲击破岩室内测试装置存在的未能全方位模拟冲击钻进各项影响因素的问题，本申请提出了一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法。
[0005]第一方面，本专利技术提出了一种多因素冲击破岩室内测试装置，包括：
[0006]压力仓，内部为能够容纳岩石样品的测试腔；
[0007]压力模拟部件，用于模拟实际的地层压力，其包括围压模拟部件与孔压模拟部件，所述围压模拟部件连通所述测试腔以输入围压流体介质，所述孔压模拟部件能够连通岩石样品内部的孔隙以输入孔压流体介质；
[0008]温度模拟部件，用于调节所述测试腔内部的温度，以模拟实际的地层温度；
[0009]冲击钻进部件，设置在所述压力仓的上方，其包括向下插入至所述压力仓中的钻头，所述钻头能够钻入岩石样品。
[0010]在一个实施方式中，所述围压模拟部件与所述孔压模拟部件均包括加压组件，所述加压组件能够对输入至所述测试装置中的相应流体介质进行加压。通过本实施方式，加压组件充分实现相应流体介质所对应环境的压力模拟，并能够根据需求进行模拟压力的调整。
[0011]在一个实施方式中，所述围压模拟部件与所述孔压模拟部件还分别包括围压检测仪与孔压检测仪。通过本实施方式，围压检测仪与孔压检测仪实现模拟压力的可视化，便于参照相应的压力数据进行控制。
[0012]在一个实施方式中，所述温度模拟部件包括多个加热器，所述多个加热器沿竖直方向依次设置在所述压力仓的侧壁上。通过本实施方式，多个加热器在压力仓的侧壁上均布，能够最大程度减小测试腔中温度的梯度，加强温度的均匀性，充分模拟相应的实际地层
温度。
[0013]在一个实施方式中，所述冲击钻进部件还包括：钻杆，竖直贯穿所述压力仓的顶壁且其底部连接所述钻头，所述钻杆能够与设置在所述压力仓的顶壁上的动密封圈滑动配合；固定支架，设置在所述压力仓的上方，所述固定支架上滑动配合有浮动板；激振器，固定于所述浮动板，其激振发生部与所述钻杆的顶部配合，以向所述钻杆提供冲击钻进的动力。
[0014]在一个实施方式中，所述压力仓中可拆卸地设置有夹持器，所述夹持器用于夹持并固定岩石样品。
[0015]在一个实施方式中，所述围压流体介质与孔压流体介质互不相溶。
[0016]第二方面，本专利技术提出了一种多因素冲击破岩室内测试系统，其包括上述的测试装置以及控制装置；
[0017]所述控制装置与所述测试装置电连接，其能够控制所述测试装置的运转以及获取所述测试装置中的测试数据。
[0018]第三方面，本专利技术提出了一种多因素冲击破岩室内测试方法，应用于上述的测试装置，其包括以下步骤：
[0019]步骤a、将岩石样品放置入所述测试装置的测试腔中；
[0020]步骤b、向所述测试腔中输入围压流体介质，之后向所述岩石样品的空隙中输入孔压流体介质；
[0021]步骤c、加热所述测试腔至预设温度；
[0022]步骤d、分别对所述围压流体介质与所述孔压流体介质进行加压并加压至对应的预设压力；
[0023]步骤e、按照测试方案设定各项钻进参数，对所述岩石样品进行冲击钻进并钻进至预定深度，在由预钻深度钻进至预定深度的过程中进行同步计时；
[0024]步骤f、根据单位时间内进尺深度或预设进尺深度的耗时，评价钻头的各项钻进参数以及所模拟的地层条件因素对岩石可钻性的影响。
[0025]在一个实施方式中，在将岩石样品放置入所述测试装置的测试腔中之前，将所述岩石样品在真空环境下浸泡于所述孔压流体介质24小时。通过本实施方式，使孔压流体介质能够充分地进入岩石样品内部的孔隙中，充分保证孔压模拟的准确性。
[0026]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
[0027]本专利技术提供的一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0028]本专利技术的一种多因素冲击破岩室内测试装置、系统及方法，该测试装置可以通过模拟冲击钻井过程中的钻进参数(钻头转速、扭矩、钻压)、冲击参数(振幅、频率)及地层环境参数(温度、围压、孔压)，既能够提供模拟真实井下地层条件的测试环境，又能够模拟井下钻头真实冲击钻进的工作状态，实现多因素条件下的室内冲击破岩试验。同时，本系统还能够便捷地改变、调节任意冲击钻进影响参数的具体值，通过控制变量，探究不同因素对岩石冲击载荷作用下破碎特性的影响规律。
[0029]本专利技术能够开展模拟钻井参数及地层环境下的岩石可钻性评价，探究真实地层环境下钻头冲击破岩机理，为提高复杂环境下钻头冲击破岩效率提供技术手段和方法，为钻
头的高效破岩奠定基础。
附图说明
[0030]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0031]图1显示了本专利技术的测试装置的结构示意图；
[0032]图2显示了本专利技术的测试装置的冲击钻进部件的结构示意图；
[0033]图3显示了本专利技术的测试装置中的夹持器夹持岩石样品时的俯视图。
[0034]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
[0035]附图标记：
[0036]10压力仓，11
‑
测试腔，12
‑
动密封圈，20
‑
压力模拟部件，201
‑
加压组件，202
‑
空气泵，21
‑
围压模拟部件，211
‑
围压检测仪，212
‑
围压流体介质桶，22
‑
孔压模拟部件，221
‑
孔压检测仪，222
‑
孔压流体介质桶，30
‑
温度模拟部件，31
‑
加热器，40
‑
冲击钻进部件，41
‑
钻头，42
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多因素冲击破岩室内测试装置，其特征在于，包括：压力仓，内部为能够容纳岩石样品的测试腔；压力模拟部件，用于模拟实际的地层压力，其包括围压模拟部件与孔压模拟部件，所述围压模拟部件连通所述测试腔以输入围压流体介质，所述孔压模拟部件能够连通岩石样品内部的孔隙以输入孔压流体介质；温度模拟部件，用于调节所述测试腔内部的温度，以模拟实际的地层温度；冲击钻进部件，设置在所述压力仓的上方，其包括向下插入至所述压力仓中的钻头，所述钻头能够钻入岩石样品。2.根据权利要求1所述的多因素冲击破岩室内测试装置，其特征在于，所述围压模拟部件与所述孔压模拟部件均包括加压组件，所述加压组件能够对输入至所述测试装置中的相应流体介质进行加压。3.根据权利要求2所述的多因素冲击破岩室内测试装置，其特征在于，所述围压模拟部件与所述孔压模拟部件还分别包括围压检测仪与孔压检测仪。4.根据权利要求1所述的多因素冲击破岩室内测试装置，其特征在于，所述温度模拟部件包括多个加热器，所述多个加热器沿竖直方向依次设置在所述压力仓的侧壁上。5.根据权利要求1所述的多因素冲击破岩室内测试装置，其特征在于，所述冲击钻进部件还包括：钻杆，竖直贯穿所述压力仓的顶壁且其底部连接所述钻头，所述钻杆能够与设置在所述压力仓的顶壁上的动密封圈滑动配合；固定支架，设置在所述压力仓的上方，所述固定支架上滑动配合有浮动板；激振器，固定于所述浮动板，其激振发生部与所述钻杆的顶部配合，以向所述钻杆提供冲击钻进的动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹丹，陈军海，王怡，孙连环，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：