[发明专利]粒子射流与钻头联合钻穿套管和岩石的综合实验装置

摘要

本发明属于石油钻井和采油领域，特别涉及一种粒子射流与钻头联合钻穿套管和岩石的综合实验装置，包括高压管线、液压控制杆、电动丝杠、钻杆、扭矩传感器、岩石、套管、钻头、计算机、液压控制阀门组、导向座、粒子射流喷嘴、数据采集器、液压工作站、载荷传感器、液压顶、调速电机、动力传递总成、转速传感器、直线传感器等，能够模拟钻头旋转并调节转速，施加钻压并调节钻压大小，调节钻头钻进角度，并且能实时测量、存储、显示钻头转速、钻压、扭矩、进尺参数，较好模拟现场条件，液动控制和电动控制相结合，自动化、集成化程度高，结构合理，使用安全可靠，通过实验可为现场施工提供粒子射流冲击和钻头机械联合钻穿套管和岩石优化参数。

主权项

1.一种粒子射流与钻头联合钻穿套管和岩石的综合实验装置，包括高压管线(1)、连接短节(2)、压力表(3)、固定短节(4)、装置顶板(5)、固定内套(6)、固定外套(7)、液压控制杆(8)、电动丝杠(9)、钻杆(10)、扭矩传感器(11)、岩石外筒(12)、扶正器(13)、岩石(14)、转换短节(15)、液压管线(16)、岩石外筒支架(17)、套管(18)、钻头(19)、计算机(20)、液压控制阀门组(21)、导向座(22)、转盘轴承(23)、粒子射流喷嘴(24)、数据采集器(25)、液压工作站(26)、岩石支撑板(27)、载荷传感器(28)、液压顶(29)、调速电机(30)、动力传递总成(31)、转速传感器(32)、调速电机支架(33)、直线传感器(34)、装置底座(35)；粒子和高压流体固液两相流由高压管线(1)输入，连接短节(2)通过螺纹分别与高压管线(1)和固定短节(4)连接，压力表(3)安装在连接短节(2)一侧，压力表(3)可测量固液两相流的压力，固定短节(4)焊接到装置顶板(5)上，装置顶板(5)下部连接固定外套(7)，固定内套(6)通过螺纹与固定外套(7)连接，固定内套(6)通过内部螺纹与钻杆(10)连接，通过调节固定内套(6)内孔中心轴线与铅垂线的角度，可以实现钻头(19)不同的钻穿套管(18)和岩石(14)角度的调节，扶正器(13)安装在钻杆(10)下部，扶正器(13)可保证钻头(19)居中和稳定旋转，转换短节(15)将扶正器(13)和钻头(19)连接起来，粒子射流喷嘴(24)安装在钻头(19)下部，岩石(14)安装在套管(18)和岩石外筒(12)之间，岩石外筒(12)套在岩石(14)外部，起固定岩石(14)和连接转盘轴承(23)作用，电动丝杠(9)安装在装置顶板(5)和岩石(14)顶面之间，电动丝杠(9)可调节岩石(14)在铅垂线方向的位置，导向座(22)安装在套管(18)内部，导向座(22)可实现钻头(19)倾斜保证钻头(19)受到侧向力，进而通过钻头(19)和粒子射流冲击联合作用，完成套管(18)和岩石(14)的钻穿，动力传递总成(31)安装在导向座(22)下部，动力传递总成(31)下部连接调速电机(30)，动力传递总成(31)将调速电机(30)动力传递至导向座(22)和岩石(14)，调速电机(30)可调节导向座(22)和岩石(14)的转速，调速电机(30)安装在调速电机支架(33)上，液压控制杆(8)与装置底座(35)和装置顶板(5)连接，液压控制杆(8)设置2个，通过液压控制杆(8)的起升和下降可调节实验装置的高度，岩石外筒支架(17)与转盘轴承(23)和液压控制杆(8)下部连接，液压顶(29)安装在装置底座(35)与岩石支撑板(27)之间，液压顶(29)设置2个，2个液压顶(29)分别位于岩石支撑板(27)的两侧，对称分布，可提供稳定压力输出，通过液压顶(29)的液压作用可以施加给钻头(19)钻压，并可调节钻压的大小，液压工作站(26)安装在液压控制杆(8)一侧，液压工作站(26)输出压力液后通过液压管线(16)输送至液压控制阀门组(21)，液压控制阀门组(21)通过液压管线(16)分别与液压控制杆(8)和液压顶(29)连接，液压控制阀门组(21)可控制液压控制杆(8)和液压顶(29)的工作状态，粒子和高压流体固液两相流的流动方向为，首先从高压管线(1)，依次经过连接短节(2)、固定短节(4)、装置顶板(5)、固定内套(6)后，进入钻杆(10)的内部，流经扶正器(13)和转换短节(15)内部流道，最后进入钻头(19)内部流道，从粒子射流喷嘴(24)喷出，高速粒子射流冲击套管(18)和岩石(14)壁面，配合钻头(19)的旋转和压入切削作用，实现了粒子射流冲击和钻头(19)联合钻穿套管(18)和岩石(14)。