[发明专利]井下动力钻具钻进行为模拟实验系统

说明书

本发明公开一种井下动力钻具钻进行为模拟实验系统，包括钻具安装部、试块装夹部和钻井液泵；钻具安装部包括翻转式底座、钻具夹持装置和螺杆钻具，螺杆钻具上设有钻头；试块装夹部包括水平滑动件、升降组件和装夹台，装夹台上设有用于模拟不同地层条件的试验试块，试验试块可根据需要设置和更换。采用本发明的井下动力钻具钻进行为模拟实验系统的显著效果是，能为钻头的破岩过程模拟出不同钻探角度、不同地层条件；从而在近于工况的条件下测定钻头破岩时的扭矩、钻压和轨迹变化等负载性能参数，以对施工人员评价、选择提供更合理的依据。

技术领域

本发明涉及一种动力钻具的试样测试系统，具体涉及一种井下动力钻具钻进行为模拟实验系统。

背景技术

动力钻具是指能把钻井液的能量转化为钻井破岩动力的井底钻具，动力钻具在西方发达国家已被确定为定向井、丛式井、大斜度井、水平井和抢险救援井的最佳钻井工具之一。动力钻具在提高机械钻速、增加单只钻头进尺、减少每米钻井成本、实现井身轨迹的定向控制和快速准确中靶以及确保井身质量和钻井安全性等方面，与传统的转盘钻井相比具有极大的优越性。

动力钻具的输出扭矩等常规机械性能对于人们的评价、衡量和选择具有重要的指导意义，目前的动力钻具试验系统只能检测钻具的输出扭矩、压力、转速等常规机械性能，不能检测岩石破碎扭矩、钻压和轨迹变化等负载性能参数，试验条件与实际工况差异较大，容易导致钻具组合不合理、受力状况恶化，引起机械性能和使用寿命快速下降，发生钻具断裂、轴承失效等井下事故。

发明内容

为解决试验条件与实际工况差异较大的问题，本发明提供一种井下动力钻具钻进行为模拟实验系统，其能模拟不同钻井角度、不同地层条件等实际工况，从而以近于实际工况的条件进行测试。

技术方案如下：

一种井下动力钻具钻进行为模拟实验系统，其关键在于：包括钻具安装部、试块装夹部和钻井液泵；

所述钻具安装部包括翻转式底座，该翻转式底座上设有至少两个钻具夹持装置，所述钻具夹持装置上夹持有同一个螺杆钻具，该螺杆钻具的尾部通过管道连接所述钻井液泵，该螺杆钻具的头部设有钻头，该钻头朝向所述试块装夹部；

所述试块装夹部包括水平滑动件，该水平滑动件上设有升降组件，该升降组件上设有装夹台，所述水平滑动件的滑动方向与所述螺杆钻具长度方向垂直；

所述装夹台包括升降底座，该升降底座安装于所述升降组件上，该升降底座上滑动装配有支撑筒，该支撑筒水平放置，该支撑筒的筒心线与其滑动方向平行，该支撑筒的滑动方向与所述水平滑动件的滑动方向垂直，该支撑筒的筒口朝向所述钻头；

所述支撑筒内设有试块放置台，该试块放置台上放置有试验试块，所述钻头位于所述试块放置台前方并朝向所述试验试块，所述升降底座上还设有推动件，该推动件的推动方向与所述支撑筒的滑动方向平行，该推动件位于所述试块放置台后方，该推动件与所述试块放置台连接。

采用以上技术方案，钻井液泵向螺杆钻具内注入钻井液，螺杆钻具的定子通过钻具夹持装置固定，螺杆钻具的转子末端连接钻头并一起转动；试块装夹部内置试验试块，试验试块的参数(硬度、耐磨性能等)可根据需要模拟的地层条件进行预先设置，试验试块可更换，螺杆钻具和钻具夹持装置可随翻转式底座翻转，以调整钻头与试验试块的对应角度；水平滑动件和升降组件配合，调整试验试块的位置使其与钻头对准，推动件向前推动试块放置台，使试验试块靠近并最终抵紧钻头，模拟钻头破岩；保持推动件始终向前作用于试块放置台，从而使钻头连续破岩。最终为钻头的破岩过程模拟出近于工况的条件；破岩时的扭矩、钻压和轨迹变化等负载性能参数可采用现有技术进行。

作为优选的技术方案：