[发明专利]金刚石钻头散热性能原位测量试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种金钢石钻头钻进过程中钻头温度原位测量试验台，用于测量钻探钻头在高速旋转钻进中温度的动态变化，冷却工质流量以及钻头冷却流道的设计等。

背景技术

随着社会经济的发展, 世界各国对油气资源需求量呈现直线上升趋势。在浅层油气资源越来越少的前提下，勘探目标自然瞄准了地球的深层资源。金刚石钻头作为钻探过程中破碎岩石的主要工作部件，在回转钻进中, 供给钻头的能量中有70%到95% 的能量消耗在发热上。钻头温度直接影响金刚石和胎体的强度，温度过高会加剧钻头磨损，严重的甚至会使钻头烧毁。获取金刚石钻头表面形态、流道结构及冷却介质的的关系，是研究钻头散热性能的关键。但由于钻头的工作于地下，影响因素繁杂且岩心钻机不能内置温度测试装置，测试其动态温度的变化非常困难。因此，研发模拟工作状态下钻头散热性能测试试验台，对于新型金刚石钻头的研发，具有重要的工程实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石钻头散热性能原位测量试验台，通过测量回转钻进过程中钻头温度，研究钻井液流量与冷却流道参数的关系，还可以研究钻头表面形态对钻头散热性能的影响。

本发明是由进给系统、回旋系统、冷却系统、温度测试系统和试验台架组成；所述的进给系统是由气压泵、气压缸、钻杆套筒、钻杆、金刚石钻头组成，气压缸安装在气压缸支撑板中，气压缸支撑板和气压缸支撑座间隙配合，保证气压缸安装时能够转动，气压泵通过气压胶管与气压缸连通，气压缸的推力轴与钻杆尾部中心凸起螺纹连接，保证轴向动力的传输。钻杆外套有钻杆套筒，钻杆和钻杆套筒通过花键连接，花键起导向的作用。钻杆套筒通过四个半圆形夹板固定于水箱上，保证各个轴的中心线共线。水箱由多块板件零件焊接而成。金刚石钻头通过螺纹连接于钻杆头部，工作时通过气压缸的推力轴和钻杆推动金刚石钻头水平直线运动。

所述回旋系统是由电动机、带轮组、皮带、卡盘、工作轴组成，电动机由螺栓固定于气压缸支撑板上，并通过带轮组带动工作轴转动。工作轴与推力轴承过盈配合，轴承镶嵌于推力轴承座中。工作轴上开有键槽，由键连接工作轴与卡盘法兰。卡盘和卡盘法兰通过螺栓固定于一起，保证了卡盘与工作轴同心。岩样通过卡盘上的三个爪固定于卡盘中央。该系统的工作过程为电动机通过带轮组带动与卡盘配合的工作轴转动，岩样紧固于卡盘中心与卡盘一起转动，工作轴的中心线、卡盘的中心线、圆柱形岩样的中心线与进给系统的中心线共线，以保证精确对心。

所述的冷却系统是由压力水箱、水泵、流量调节阀、引流板、排屑箱组成，钻杆上开有螺纹孔与冷却液进水管接头螺纹配合。水泵通过进水管、流量调节阀、冷却液进水管将压力水箱与钻杆连通。水泵将冷却液通过流量调节阀泵至钻杆内。废弃的冷却液通过引流板的收集，经由水箱上的排泄孔通过排水管排至排泄箱，完成一个循环。

所述的温度测试系统是由热电偶、数据采集线和数据采集仪组成，热电偶一头置于金刚石钻头的胎体中，另一头通过数据采集线连接在数据采集仪。该系统的工作过程为通过布置在金刚石钻头内的热电偶实时的采集钻头胎体的温度，并传输到数据采集仪，数据采集仪对数据进行实时存储，便于结果的分析。

所述的试验台架由角钢焊接而成，水箱、气压缸支撑座和推力轴承座均通过螺栓固定于试验台架上。该试验台架焊有四个直角腿和四个八字形腿。每个直角腿均有一个直角腿底座，底座的四个角上分别开有螺纹孔，通过膨胀螺栓将试验台架固定于地面。八字形腿下平面和直角腿底座的下平面共面，四个八字形腿通过肋板增加强度，保证了结构的稳定性。

本发明的有益效果：通过测量回转钻进过程中钻头温度，研究钻井液流量与冷却流道参数的关系，还可以研究钻头表面形态对钻头散热性能的影响。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的金刚石钻头示意图。

图4是本发明的基座示意图。

图5是本发明的水箱示意图。