[发明专利]一种全尺寸万瓦级激光辅助机械破岩试验台架

说明书

本发明一种全尺寸万瓦级激光辅助机械破岩试验台架主要由旋转系统、钻压加载系统、光路系统、气路系统、测试系统、岩样移运系统、岩样夹持系统和机架组成。其中旋转系统主要由变频电机、单级齿轮减速器和转盘组成；钻压加载系统主要由液压油缸和加载平台组成；光路系统主要由激光发生柜和万瓦级激光头组成；气路系统主要由空压机和单向阀盘组成；测试系统主要由转矩转速传感器、轮辐式压力传感器和直线位移传感器组成；岩样移运系统主要由吊运导车和岩样移运夹具组成；机架主要由上机架和下机架组成。本发明能开展全尺寸激光‑机械联合破岩试验，对于推动激光‑机械联合破岩技术的实际应用有着重要意义。

技术领域

本发明涉及油气钻井新技术、新方法领域，尤其涉及激光-机械联合破岩技术领域。

背景技术

在油气资源的开采过程中，钻井是开发油气资源的必要步骤之一，钻井过程的成本占整个油气田开发成本的一半以上。如今，易于开采的陆上浅层、中层油气资源已基本开采完毕，开发深层、超深层油气资源已成为石油工业发展的必然趋势。而在开发深层、超深层油气资源的钻井过程中，因深层岩石具有硬度高、岩性致密、研磨性强的特点，当前广泛使用的旋转机械钻井法出现了打得慢、打不动、钻头磨损严重、起下钻频繁等问题，增加了油气的开采成本，阻碍了充分开发深层、超深层油气资源的步伐，当前的石油工业迫切需要一种能适用于深层致密岩石的高效破岩方法。针对这一问题，国内外学者已经提出了大量的钻井新技术，其中包括激光破岩技术。

当前在钻井领域完全使用激光钻井还为时尚早，国内外研究者的主要研究方向集中于激光-机械联合破岩技术上。激光-机械联合破岩技术即将激光引入机械钻头中，对钻进面岩石进行激光照射，削弱其强度后，再使用机械钻头对钻进面岩石进行破碎的技术。相较于旋转机械破岩技术，激光-机械联合破岩技术具有钻压低、钻速高、可钻坚硬岩石、能改善井壁环境的优点，具有十分广阔的应用前景。而在钻井技术领域，全尺寸试验起着联系实验室试验与现场实际应用的重要作用，是一项钻井新技术发展过程中必须经历的阶段。但当前，激光-机械联合破岩技术研究领域缺乏全尺寸试验台架，一定程度上阻碍了激光-机械联合破岩技术的发展。

为推动激光-机械联合破岩技术的发展，促使其早日应用于生产实践领域，设计出了一套全尺寸万瓦级激光辅助破岩试验台架。

发明内容

为满足激光-机械联合破岩技术发展过程中对全尺寸试验的需求，推动该项技术的发展，促使其早日应用于工程实践领域，本发明提出了一种全尺寸万瓦级激光辅助机械破岩试验台架。

本发明采取的技术方案是：一种全尺寸万瓦级激光辅助机械破岩试验台架，主要由旋转系统、钻压加载系统、光路系统、气路系统、测试系统、岩样移运系统、岩样夹持系统和机架组成。

所述旋转系统由变频电机、小轮胎联轴器、单级齿轮减速器、大轮胎联轴器、凸缘联轴器和转盘组成，其中，变频电机、单级齿轮减速器和转盘通过螺栓固定在下机架上，变频电机输出轴与单级齿轮减速器输入轴间采用小轮胎联轴器连接，单级齿轮减速器输出轴与转矩转速传感器输入轴间采用大轮胎联轴器连接，转矩转速传感器输出轴与转盘输入轴间采用凸缘联轴器连接，轮胎联轴器降低了破岩过程中的冲击对单级齿轮减速器及变频电机的影响，凸缘联轴器则保证了转速转矩测量的准确；转盘内设有一对啮合的锥齿轮，实现降低转速、增大扭矩的同时改变旋转运动的方向的功能；进一步的，转盘中大锥齿轮圈采用过盈连接方式固定在转盘输出轴上，降低了转盘高度且保证了连接的可靠性；转盘壳体采用铸钢铸造，能承受试验过程中复杂的载荷。

所述钻压加载系统由液压油缸、连接笼、加载平台、滑橇导轨、液压站和钻柱组成，其中，液压油缸固定在上机架顶部，连接笼通过销钉固定在液压油缸缸杆末端，加载平台通过螺栓与连接笼相连，并在试验过程中固定在滑橇上，沿滑橇导轨运动，保证试验过程中钻柱始终沿竖直方向运动，钻柱通过锥螺纹固定在加载平台下，液压站可以控制钻柱的升降速度、调节最大钻压大小；进一步的，连接笼上部设有供销钉穿过的连接孔，侧面设有便于光纤进入钻柱中的开口，底部设有供连接螺栓穿过的螺栓孔。