[发明专利]一种冲击碎岩机理试验装置

说明书

本发明公开了一种冲击碎岩机理试验装置，包括冲锤机构、碎岩夹持组件、预压力机构、碎岩齿夹持机构、岩样固定机构、数据采集系统等，所述冲锤机构位于碎岩夹持组件的上空并正对碎岩夹持组件，通过调整冲锤机构的冲击高度和/或冲锤质量来调节碎岩受到的冲击功大小；所述碎岩夹持组件通过改变第一半夹具和第二半夹具的形状最终改变碎岩的形状和尺寸，从而选出适合特殊地层钻进的碎岩；预压力机构对测试岩样施加预压力以模拟真实碎岩工况。本发明能够通过调节冲锤质量、冲击高度两种方式调节冲击能，可更换不同规格尺寸和形状的冲击齿，可实现测试岩样周向和轴向预压，可重复性好，可监测岩样试块受力及破碎过程，有利于深入揭示碎岩机理。

技术领域

本发明涉及冲击碎岩机理的研究领域，尤其涉及一种冲击碎岩机理试验装置及其使用方法。

背景技术

目前，对冲击回转钻进工艺技术的研究多集中于钻具，而疏于对碎岩机理的研究，虽然在一些地层的应用中取得了良好的效果，在另一些地层中效果却不明显。根据冲击碎岩理论，冲击工具所产生的冲击载荷，其作用力的大小在极短的时间内存在很大的变化幅度，冲击工具内部的冲锤冲击砧体柱，在相互撞击部分，其作用力在几十微秒内就由零骤增至几吨，再经过几百微秒又重新下降到零，这种瞬间变化幅度极大的力，对岩样产生一个冲击波。为了研究冲击波对岩石破坏作用，需要一种与冲击工具工况贴近的、可重复性好的、安全可靠的试验装置。

现有技术中授权公告号为CN103645100B的中国专利文件公开了一种单齿单次冲击碎岩实验装置，对圆柱形岩样施加了周向压力，没有对岩样施加轴向压力，存在岩样装卡工具无法对冲击工具冲击岩样的实际工况进行还原的缺点，其冲锤下落控制方式不明确，缺乏安全保护方面的设计。

现有技术中授权公告号为CN104142278B的中国专利文件公开了一种落锤式动静组合加载冲击实验装置，考察试样在轴向静压状态下，冲击载荷对岩样的破坏，模拟冲击矿压对揭露岩层的破坏，没有对岩样四周进行预压，该装置采用固定形状的半球形冲击齿，不能更换冲击齿，采用电动抓钩抓取冲锤，结构复杂，该试验台没有设置传感器和数据采集、处理系统。

现有技术中授权公告号为CN101738348B的中国专利文件公开了磁性开关控制落锤式冲击试验台，考察纤维混凝土试样抗冲击能力，对岩样周向设置了挡板，在轴向和周向没有施加预压力，冲击组件为圆球，无法替换为冲击齿，该试验台没有设置传感器和数据采集、处理系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种冲击碎岩机理试验装置，能够针对不同的地层岩样，通过调节冲击功大小、改变冲击工具尺寸和形状，并且实现测试岩样周向和轴向预压，探索冲击碎岩机理，指导钻具的研发。

为达到上述目的，本发明采取如下技术手段：

一种冲击碎岩机理试验装置，包括冲锤机构、碎岩夹持组件以及预压力机构；

所述冲锤机构位于碎岩夹持组件的上空并正对碎岩夹持组件，通过调整冲锤机构的冲击高度和/或冲锤质量来调节碎岩受到的冲击功大小；

所述碎岩夹持组件包括第一半夹具和第二半夹具，第一半夹具和第二半夹具中心对称并在中心对称处预留有碎岩槽，通过改变第一半夹具和第二半夹具的形状来改变碎岩槽的形状最终改变碎岩的形状和尺寸，从而选出适合特殊地层钻进的碎岩；

所述预压力机构在冲锤机构落下前对碎岩夹持组件以及碎岩底部的测试岩样施加预压力以模拟真实碎岩工况。

进一步，所述冲锤机构包括冲锤组件以及磁吸升降组件；

所述冲锤组件包括冲锤；

所述磁吸升降组件包括滑轮升降结构和磁吸结构，滑轮升降结构与磁吸结构连接调整磁吸结构的升降高度，磁吸结构与冲锤组件采用电磁吸附，通电时磁吸结构吸附冲锤组件上升到一定高度，断电时冲锤落下。