[发明专利]粒子冲击钻井室内综合模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及粒子冲击钻井用设备领域，具体而言，涉及一种粒子冲击钻井室内综合模拟装置。

背景技术

随着工业技术的发展，各国对油气资源的需求量不断增加。但是，随着浅层油气资源的不断枯竭，寻找新的油气资源集中在了深部地层以及复杂地质条件,而目前深井和超深井硬地层钻井普遍存在速度慢、周期长、成本高等问题。

据统计，深井超深井钻井时，硬地层及高研磨性进尺占全井进尺的20％，钻井成本却占到了总成本的70％。因此，研究深井超深井难钻地层高效钻井新方法势在必行。

2002年美国的PDTI公司受到射弹冲击破岩思想的启发，将其应用在钻井工程领域，采用钻井泥浆的水力能量作为驱动力，用高速硬质球形钢粒子模拟射弹来破碎坚硬的岩石,并通过钻井液携带循环,提出了粒子冲击钻井(Particle Impact Drilling,简称PID)技术的新概念。而粒子冲击钻头是随着粒子冲击钻井技术的提出而发展起来的一类新型钻井用破岩工具，在硬质地层和耐磨性强的地层钻井中具有快速高效的破岩性能，主要表现在改变了常规钻头的外形结构，依靠粒子高速射流和保径齿、切削齿破岩，钻井速度快，钻压低，排削顺畅等。

在我国粒子冲击钻井技术还为应用到实际钻井生产当中，甚至连有效的粒子冲击钻井的实验数据还为建立，仅仅停留在理论研究上，对于粒子冲击钻井技术在实际生产中的应用，还需从实验中获得相应的粒子冲击数据。目前国内还没有一种能够真实综合模拟粒子冲击钻井的装置，无法为粒子冲击钻井的进一步发展提供一定的实验支持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于,提供一种能够综合模拟粒子冲击钻井的装置。

因此，本发明的技术方案如下：

一种粒子冲击钻井室内综合模拟装置，包括顶部旋转装置、门型固定导轨架装置和液压缸，所述门型固定导轨架装置包括支架、支撑套和围压缸，所述围压缸包括缸筒和缸盖，其中：所述缸盖安装在所述缸筒顶部并与所述缸筒之间形成密封，所述缸筒的底面上固定安装有用于盛放岩石的岩石缸，所述岩石缸上设置有岩石缸盖，所述岩石缸盖通过螺钉与所述缸筒的内壁连接，所述岩石缸盖的中部开有用于穿过试验钻头的通孔；所述支架上竖直安装有导轨，所述缸筒通过与所述导轨配合的滑块安装在所述支架上，所述液压缸连接至所述缸筒的底部，用于驱动所述缸筒在所述导轨上滑动；所述支撑套的上端与所述支架的顶部固定连接、下端穿过所述缸盖并与所述缸盖之间形成密封，且所述缸盖与所述支撑套之间能够相对滑动；所述缸筒上安装有电磁阀和用于检测所述缸筒内压力的压力传感器，所述电磁阀连接至所述压力传感器，当所述压力传感器检测到的压力大于预设值时所述电磁阀打开泄压；所述顶部旋转装置包括壳体、多个液压马达和空心轴，所述空心轴的下端依次穿过所述壳体、所述支架的顶部和所述支撑套后伸入所述缸筒内，且所述空心轴的下端安装有所述试验钻头，所述空心轴的上端与所述壳体外连通，多个所述液压马达在所述壳体上固定安装并在所述空心轴的四周均匀布置，每个所述液压马达均通过齿轮机构连接至所述空心轴，用于驱动所述空心轴转动进而带动所述试验钻头转动。

其中，所述液压缸可以为多级液压缸；所述缸筒通过两个上下布置的所述滑块安装在所述支架上；所述液压马达的数量为两个或三个；所述支撑套与所述缸盖之间通过车式密封圈密封，尺寸更小，密封性更好；所述空心轴的上端连接有鹅颈管；所述空心轴分为上空心轴和下空心轴，所述上空心轴与所述下空心轴之间在所述支撑套的上端处通过花键连接以传递扭矩，组装更加方便。

本发明中的粒子冲击钻井室内综合模拟装置综合旋转、移动、围压的制造能够比较真实地反映出井下的情况，综合模拟粒子钻井的全过程，以得出可靠的实验数据。

附图说明

图1是根据本发明实施例的粒子冲击钻井室内综合模拟装置的结构示意图；

图2是图1中粒子冲击钻井室内综合模拟装置下半部分的剖视图；

图3是图1中粒子冲击钻井室内综合模拟装置上半部分的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例的粒子冲击钻井室内综合模拟装置分为上、中、下三部分，分别称为顶部旋转装置6、门型固定导轨架装置和液压缸43。

支架3上安装有导轨，顶部旋转装置6固定安装在支架3的顶部，液压缸43安装在支架3的下端，通过滑块装置安装在支架3的导轨上。