防喷孔组合钻具测试装置及其测试方法与流程

1.本发明属于钻探工程技术领域，尤其涉及防喷孔组合钻具测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.随着煤矿开采深度增加，瓦斯抽采地质条件显现为
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两高两差”，即瓦斯含量高、瓦斯压力高、煤层透气性差、钻孔稳定性差，瓦斯抽采难度进一步加大。国内煤层气开发工程实践证明：深部高应力煤层、构造煤层等，难以实施地面井煤层气抽采，难以能成为煤矿瓦斯抽采与治理的主流手段，只有依靠井下钻孔瓦斯抽采才能解决瓦斯抽采难题。钻孔施工过程中，一旦钻进高压瓦斯富集区，极易发生瓦斯喷孔，造成瓦斯喷孔超限事故。为预防钻进过程中的喷孔事故，已经申请了专利（名称：防喷孔组合阻尼钻具及其使用方法，专利号：202111027708.2），为了测试该专利中防喷孔组合阻尼钻具的阻尼效果，需要设计一种钻具阻尼测试实验装置，在地面对阻尼钻具进行试验。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种方便操作、模拟真实、测试效果好的防喷孔组合钻具测试装置及其测试方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：防喷孔组合钻具测试装置，包括可调速旋转装置、钻孔模拟器、可调压供风装置、空气压缩机和若干个风速风压风量综合测试仪,钻具安装在可调速旋转装置,钻孔模拟器左端为钻具入口,钻孔模拟器右端通过第一高压风管与可调压供风装置的出风口连接,空气压缩机的出风口通过第二高压风管与可调压供风装置的进风口连接,钻具左端装夹在可调速旋转装置的旋转部,钻具右侧部同轴线伸入到钻孔模拟器内部, 若干个风速风压风量综合测试仪沿左右方向间隔布置在钻孔模拟器上。
5.钻孔模拟器和可调压供风装置下部均设在一个固定支架上，固定支架左侧沿左右方向铺设有轨道，可调速旋转装置底部设有移动支架，移动支架上设有滚动连接在轨道上的滚轮。
6.可调速旋转装置旋转部的中心线与钻孔模拟器的中心线重合，钻孔模拟器包括左侧的常规钻孔模拟筒和右侧的阻尼钻孔模拟筒, 常规钻孔模拟筒和阻尼钻孔模拟筒同中心线设置, 常规钻孔模拟筒内径大于阻尼钻孔模拟筒内径, 钻具包括自左向右依次连接的常规钻杆、扩孔钻头和阻尼钻杆，常规钻杆和扩孔钻头位于常规钻孔模拟筒内，阻尼钻杆位于阻尼钻孔模拟筒内。
7.阻尼钻孔模拟筒内圆与阻尼钻杆的回转外圆之间的环形间隙为0.5mm-4mm，常规钻孔模拟筒与扩孔钻头回转外圆之间的环形间隙为1mm-5mm，阻尼钻孔模拟筒右端口通过左粗右细的圆锥筒与第一高压风管连接。
8.常规钻孔模拟筒和阻尼钻孔模拟筒沿长度方向设置3-20个风管接头，每个风管接
头上均设有一个风速风压风量综合测试仪，用于测试不同部位的风压、风速和风量。
9.防喷孔组合钻具测试装置的测试方法，包括以下步骤：（1）将连接后的常规钻杆、扩孔钻头的阻尼钻杆的左端安装并装夹到可调速旋转装置的旋转部；将可调速旋转装置底部的滚轮沿轨道向右移动，常规钻杆、扩孔钻头伸入到常规钻孔模拟筒内，阻尼钻杆伸入到阻尼钻孔模拟筒内；（2）将第二高压风管连接空气压缩机和可调压供风装置，启动空气压缩机，通过可调压供风装置调节测试所需的风压；（3）启动可调速旋转装置，带动常规钻杆、扩孔钻头的阻尼钻杆高速旋转，将第一高压风管连接圆锥筒和可调压供风装置，高压风从阻尼钻孔模拟筒左端进入，模拟喷孔现象，常规钻杆、扩孔钻头的阻尼钻杆在钻孔模拟器中转动；（4）钻孔模拟器外圆的每一个风管接头分别连接一个风速风压风量综合测试仪实时监测钻孔模拟器不同位置内部的风压、风速、风量，根据不同位置风速风压风量综合测试仪所采集的风压、风速、风量进一步判断防喷孔组合钻具的在钻孔、扩孔作业中的阻尼钻杆的阻尼效果。
10.采用上述技术方案，本发明原理科学、结构简单、易于操作，能够模拟阻尼钻具在钻进过程中遇到瓦斯喷孔的情况，检验阻尼钻具的阻尼效果；可以通过调节可调压供风装置的提供的风压、可调速旋转装置的转速模拟在不同条件下的阻尼效果。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
12.下面通过实施例说明，进一步阐明本发明的突出特点，仅在于说明本发明而不限制本发明。
13.如图1所示，本发明的防喷孔组合钻具测试装置，包括可调速旋转装置1、钻孔模拟器、可调压供风装置2、空气压缩机3和若干个风速风压风量综合测试仪4,钻具安装在可调速旋转装置1,钻孔模拟器左端为钻具入口,钻孔模拟器右端通过第一高压风管5与可调压供风装置2的出风口连接,空气压缩机3的出风口通过第二高压风管6与可调压供风装置2的进风口连接,钻具左端装夹在可调速旋转装置1的旋转部,钻具右侧部同轴线伸入到钻孔模拟器内部, 若干个风速风压风量综合测试仪4沿左右方向间隔布置在钻孔模拟器上。
14.钻孔模拟器和可调压供风装置2下部均设在一个固定支架7上，固定支架7左侧沿左右方向铺设有轨道8，可调速旋转装置1底部设有移动支架9，移动支架9上设有滚动连接在轨道8上的滚轮10。
15.可调速旋转装置1旋转部的中心线与钻孔模拟器的中心线重合，钻孔模拟器包括左侧的常规钻孔模拟筒11和右侧的阻尼钻孔模拟筒12, 常规钻孔模拟筒11和阻尼钻孔模拟筒12同中心线设置, 常规钻孔模拟筒11内径大于阻尼钻孔模拟筒12内径, 钻具包括自左向右依次连接的常规钻杆13、扩孔钻头14和阻尼钻杆15，常规钻杆13和扩孔钻头14位于常规钻孔模拟筒11内，阻尼钻杆15位于阻尼钻孔模拟筒12内。
16.阻尼钻孔模拟筒12内圆与阻尼钻杆15的回转外圆之间的环形间隙为0.5mm-4mm，
常规钻孔模拟筒11与扩孔钻头14回转外圆之间的环形间隙为1mm-5mm，阻尼钻孔模拟筒12右端口通过左粗右细的圆锥筒与第一高压风管5连接。
17.常规钻孔模拟筒11和阻尼钻孔模拟筒12沿长度方向设置3-20个风管接头16，每个风管接头16上均设有一个风速风压风量综合测试仪4，用于测试不同部位的风压、风速和风量。
18.防喷孔组合钻具测试装置的测试方法，包括以下步骤：（1）将连接后的常规钻杆13、扩孔钻头14的阻尼钻杆15的左端安装并装夹到可调速旋转装置1的旋转部；将可调速旋转装置1底部的滚轮10沿轨道8向右移动，常规钻杆13、扩孔钻头14伸入到常规钻孔模拟筒11内，阻尼钻杆15伸入到阻尼钻孔模拟筒12内；（2）将第二高压风管6连接空气压缩机3和可调压供风装置2，启动空气压缩机3，通过可调压供风装置2调节测试所需的风压；（3）启动可调速旋转装置1，带动常规钻杆13、扩孔钻头14的阻尼钻杆15高速旋转，将第一高压风管5连接圆锥筒和可调压供风装置2，高压风从阻尼钻孔模拟筒12左端进入，模拟喷孔现象，常规钻杆13、扩孔钻头14的阻尼钻杆15在钻孔模拟器中转动；（4）钻孔模拟器外圆的每一个风管接头16分别连接一个风速风压风量综合测试仪4实时监测钻孔模拟器不同位置内部的风压、风速、风量，根据不同位置风速风压风量综合测试仪4所采集的风压、风速、风量进一步判断防喷孔组合钻具的在钻孔、扩孔作业中的阻尼钻杆15的阻尼效果。
19.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，仅仅便于本领域技术人员对技术方案的理解，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。