[发明专利]PDC齿切削破岩实验装置

说明书

本说明书提供了一种PDC齿切削破岩实验装置，包括：具有容纳腔室的包围主体；设置在容纳腔室内的岩石样品，岩石样品具有切削面；用于密封容纳腔室的切削上盖，切削上盖与切削面相面对，切削上盖设置有与容纳腔室相连通的注液孔；具有纵长延伸方向的切削刀杆，切削刀杆上可拆卸安装有与切削面相接触的PDC齿，PDC齿与切削面之间具有预定角度；用于驱动切削刀杆沿着平行于纵长延伸方向运动的运动控制机构；用于对岩石样品施加围压的围压机构；用于调节容纳腔室温度的温度控制机构；用于向注液孔注入试验介质的注液控制机构。本说明书可实现向岩石样品切削面注入多种试验介质，可以实现井底地应力、液柱压力和温度条件的模拟。

技术领域

本申请涉及深部地层钻井技术领域，尤其涉及一种PDC齿切削破岩实验装置。

背景技术

随着我国经济社会快速发展和人民生活水平不断提高，能源需求日益增长，油气对外依存度逐年攀升。目前，深层资源探明率较低，发现新储量潜力大，深层油气及地热资源的开发可缓解我国能源安全面临的巨大挑战。

深地储层具有岩石样品硬度高、研磨性强、可钻性差、温度高等特点，相较于浅部地层环境更加复杂、施工难度更大。PDC(Polycrystalline Diamond Compact bit，聚晶金刚石)钻头自20世纪70年代末进入油气钻井行业以来，以其破岩效率高、钻速快、寿命长、性能稳定、经济效益显著等优势，被广泛用于油气及地热钻井。

但是，PDC钻头在深部硬岩地层中的钻进仍面临着冲击磨损严重、钻速下降快、钻头进尺短的挑战。因此，有必要提供一种PDC齿切削破岩实验装置，揭示深部地层钻井中PDC钻头破岩机理，这对于优化PDC齿结构参数及布齿参数，提高深部地层机械钻速具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种PDC齿切削破岩实验装置，能够模拟深部硬岩地层高温高压的环境，并实现向岩石样品切削面注入多种试验介质，可以进行井底地应力、液柱压力和温度条件的模拟，为研制适用于深层高温高围压钻井提速用的PDC钻头提供理论指导。

为了达到上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：

一种PDC齿切削破岩实验装置，包括：

具有容纳腔室的包围主体；

设置在所述容纳腔室内的岩石样品，所述岩石样品具有切削面；

用于密封所述容纳腔室的切削上盖，所述切削上盖与所述切削面相面对，所述切削上盖设置有与所述容纳腔室相连通的注液孔；

具有纵长延伸方向的切削刀杆，所述切削刀杆上可拆卸安装有与所述切削面相接触的PDC齿，所述PDC齿与所述切削面之间具有预定角度；

用于驱动所述切削刀杆沿着平行于所述纵长延伸方向运动的运动控制机构；

用于对所述岩石样品施加围压的围压机构；

用于调节所述容纳腔室温度的温度控制机构；

用于向所述注液孔注入试验介质的注液控制机构。

作为一种优选的实施方式，所述围压机构包括：设置在所述容纳腔室中的垫板，所述垫板具有多个；加载活塞缸，所述加载活塞缸具有多个，所述加载活塞缸与所述包围主体密封连接，并通过所述垫板为所述岩石样品施加围压；加载油泵，与所述加载活塞缸相连，用于为所述加载活塞缸提供液压。

作为一种优选的实施方式，所述岩石样品为方形结构，具有相对的顶面和底面，以及围设于所述顶面和所述底面之间的侧面；所述垫板包括：沿着所述岩石样品周向间隔设置的第一垫板，以及设置在所述岩石样品底面的第二垫板，所述第一垫板上与所述岩石样品相面对的表面与所述岩石样品的侧面等面积，所述第二垫板上与所述岩石样品相面对的表面和所述岩石样品的底面等面积。