一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，主要是利用研磨棒在岩样上面刻画时的损耗来表征岩石研磨性参数和对不同金属材料的耐磨性参数进行评价，测试结束后能保证岩样的完整性。对于岩石的研磨性参数测试是直接利用美国岩石协会推荐的CAI评价方法进行测试；对于金属的耐磨性测试则是利用不同金属材料制成的研磨棒在某一特定岩石、特定钻压下单位时间或单位距离上进行刻画，即可测试金属的耐磨性；利用液压作动器、齿轮变速机构以及可变速电机配合实现对岩石研磨性和金属耐磨性的评价。在批量测试时该装置相比其它单一测试装置而言具有显著优势，可极大地减少岩心使用量，提高了单台实验设备的利用率，降低实验成本，实现机械的多重功能性和研究的全面性。同时，测试结果对钻井提速提效以及指导现场施工具有重要意义。
【专利说明】
一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置
技术领域
[0001]本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，可同时实现岩石研磨性和金属耐磨性测试。
【背景技术】
[0002]岩石的磨蚀性是岩石机械物理特性的重要性质，研究岩石的磨蚀性对于钻井过程中合理的选用钻头、降低钻进的成本有着重要的实际意义。
[0003]国内外岩石磨蚀性相关的实验装置研制较少，加之与石油行业关联并不紧密，这为石油行业技术的进步造成一定影响。
[0004]根据钻井过程中的金属磨损的物理过程和研究岩石的研磨性有许多相似之处；因此，为了实现机械的多重功能性和研究的全面性，特研发了同时能够研究岩石研磨性和钻井过程中金属磨损消耗评价的实验装置。
[0005]钻井工程中岩样需要测试的相关岩石力学参数较多，现有的岩石研磨性测试设备和金属耐磨性测试设备完全独立，如果可以在一台设备上完成所有测试，并且尽可能使用较少的岩心，那么不仅可以提高单台设备利用率，也可以极大地节约实验成本。
[0006]CAI测试岩石研磨性方法为美国岩石力学协会所推荐，得到了行业内普遍的认可，其测量结果的客观性具有显著优势。
[0007]微钻头法是石油工程钻井领域一种常用的岩石可钻性测试方法，并已形成石油与天然气行业标准。
[0008]液压作动器是按照确定的控制规律通过液压对控制对象施加控制力的装置，主要应用于动力学试验设备。
[0009]齿轮变速机构是利用不同半径齿轮间的切换，实现不同转速输出的一种机械结构。
[0010]可变速电机根据变速方式的不同分为调压调速、变极调速、变频调速和抽头调速等多个类型，主要应用于机械制造和节能改造等领域。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，利用微钻齿研磨棒测试岩石研磨性和金属耐磨性，利用液压作动器、齿轮变速机构以及可变速电机配合实现这一目的。
[0012]为达到上诉目的，本发明采用以下技术方案:一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，包括机架、岩样夹持器、钻头夹持器、钻压加载机构、钻速加载机构、岩样夹持器位置控制机构和测量参数采集系统;所诉机架包括底座、水平横梁、顶板、侧面面板;其特征在于:水平横梁通过螺纹连接侧面面板，并通过键槽将侧面面板与底座和顶板相连接；所诉岩样夹持器包括双凹形面板、底板、固定螺母;其特征在于:通过调节固定螺母使岩样同双凹形面板凹槽的侧面与岩样侧表面相接触并实现紧固岩样的功能;所诉钻头夹持器包括夹爪、外套、中心轴;其特征在于:中心轴固定在钻杆上，通过旋转外套控制夹爪的松紧，将研磨棒固定，实现钻进或研磨;所诉钻压加载机构包括液压栗、液压伺服控制系统、液压作动器;其特征在于:液压栗在液压伺服系统的控制下为液压作动器提供动力，液压作动器带动钻杆向下移动，研磨棒从上往下下降顶住岩样表面，实现钻压加载;所诉钻速加载机构包括第一可变速电机、第一变速箱、钻杆、研磨棒、研磨棒夹持器;其特征在于:第一可变速电机通过第一定位螺钉和第二定位螺钉分别固定于水平横梁，第一变速箱中设置由齿轮变速机构，第一可变速电机传递转矩给齿轮变速机构，齿轮变速机构带动钻杆旋转，通过调节第一可变速电机转速和齿轮变速机构组合形式实现钻杆转速调节，钻杆通过研磨棒夹持器连接研磨棒，带动研磨棒旋转研磨岩心，实现转速加载;岩样夹持器位置控制机构包括横向移动滑槽、第二可变速电机、第二变速箱、传动链条;其特征在于:第二可变速电机通过第三螺钉和第四定位螺钉固定在底座上，第二变速箱中设置由齿轮变速机构，第二可变速电机传递转矩，通过传动链条实现岩样夹持器的横向移动;测量参数系统包括微型计算机、压力传感装置、速度传感装置;其特征在于:压力传感装置安装在两根横梁上，速度传感装置安装在底座上，通过微型计算机能够直接获取到钻压和岩样的移动速度。
[0013]研磨棒包括美国岩石力学协会标准D7625-10规定的研磨棒和其他各种材料的钻头;金属耐磨性参数的测量由金属钻具损耗来表征。
[0014]利用液压作动器、齿轮变速机构以及可变速电机配合，以设置不同钻压、固定研磨时间和研磨距离消耗不同研磨棒的磨损量和岩石的磨损量为测量对象，实现对岩石研磨性和金属耐磨性的评价。
[0015]双凹形面板设置有不同规格大小，能够对不同规格大小的岩样进行试验。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:基于国际岩石力学协会推荐的岩石研磨性评价指标来进行装置的设计，相对于其它方法得到的数据更具有公认性；同时，根据钻井过程中钻齿磨损环境特征，设计了针对钻齿的磨损过程评价的功能，实现了对岩石的研磨性和钻齿耐磨性的双重评价；因此，为了实现机械的多重功能性和研究的全面性，特研发了同时能够研究岩石研磨性和钻井过程中金属的磨损消耗评价的实验装置;这极大的保证了装置的功能多样、减少了对岩样的消耗。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的整体结构示意图。
[0018]图2为研磨棒夹持器局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图，进一步说明本发明。
[0020]如图1至图2所示，一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，包括机架、岩样夹持器、钻头夹持器、钻压加载机构、钻速加载机构、岩样夹持器位置控制机构和测量参数采集系统;所诉机架包括底座11、水平横梁8、顶板10、侧面面板9;其特征在于:水平横梁8通过螺纹连接侧面面板9，并通过键槽将侧面面板9与底座11和顶板10相连接;所诉岩样夹持器包括双凹形面板15、底板6、固定螺母16;其特征在于:通过调节固定螺母16使岩样同双凹形面板15凹槽的侧面与岩样侧表面相接触并实现紧固岩样的功能;所诉钻头夹持器包括夹爪23、外套24、中心轴25;其特征在于:中心轴25固定在钻杆7上，通过旋转外套24控制夹爪23的松紧，将研磨棒17固定，实现钻进或研磨;所诉钻压加载机构包括液压栗、液压伺服控制系统、液压作动器;其特征在于:液压栗在液压伺服系统的控制下为液压作动器提供动力，液压作动器带动钻杆7向下移动，研磨棒17从上往下下降顶住岩样表面，实现钻压加载；所诉钻速加载机构包括第一可变速电机22、第一变速箱19、钻杆7、研磨棒17、研磨棒夹持器18;其特征在于:第一可变速电机22通过第一定位螺钉20和第二定位螺钉21分别固定于水平横梁8，第一变速箱19中设置由齿轮变速机构，第一可变速电机22传递转矩给齿轮变速机构，齿轮变速机构带动钻杆7旋转，通过调节第一可变速电机22转速和齿轮变速机构组合形式实现钻杆7转速调节，钻杆通过研磨棒夹持器18连接研磨棒17，带动研磨棒17旋转研磨岩心，实现转速加载;岩样夹持器位置控制机构包括横向移动滑槽、第二可变速电机3、第二变速箱4、传动链条12;其特征在于:第二可变速电机3通过第三螺钉I和第四定位螺钉2固定在底座11上，第二变速箱4中设置由齿轮变速机构，第二可变速电机3传递转矩，通过传动链条12实现岩样夹持器的横向移动;测量参数系统包括微型计算机、压力传感装置、速度传感装置;其特征在于:压力传感装置安装在两根横梁上，速度传感装置安装在底座11上，通过微型计算机能够直接获取到钻压和岩样的移动速度。
[0021]研磨棒17包括美国岩石力学协会标准D7625-10规定的研磨棒17和其他各种材料的钻齿;金属耐磨性参数的测量由金属材料损耗来表征。
[0022]利用液压作动器、齿轮变速机构以及可变速电机配合，以固定时间钻具的磨损为依据，实现对岩石研磨性和金属耐磨性的评价。
[0023]双凹形面板15设置有不同规格大小，能够对不同规格大小的岩样进行试验。
[0024]本发明装置需与液压栗和液压伺服系统配套使用，但本发明装置的部件并不包括液压栗和液压伺服系统，附图中也未出不液压栗和液压伺服系统O
【主权项】
1.一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，包括机架、岩样夹持器、钻头夹持器、钻压加载机构、钻速加载机构、岩样夹持器位置控制机构和测量参数采集系统;所诉机架包括底座(U)、水平横梁(8)、顶板(10)、侧面面板(9);其特征在于:水平横梁(8)通过螺纹连接侧面面板(9)，并通过键槽将侧面面板(9)与底座(11)和顶板(10)相连接;所诉岩样夹持器包括双凹形面板(15)、底板(6)、固定螺母(16);其特征在于:通过调节固定螺母(16)使岩样同双凹形面板(15)凹槽的侧面与岩样侧表面相接触并实现紧固岩样的功能;所诉钻头夹持器包括夹爪(23)、外套(24)、中心轴(25);其特征在于:中心轴(25)固定在钻杆(7)上，通过旋转外套(24)控制夹爪(23)的松紧，将研磨棒(17)固定，实现钻进或研磨;所诉钻压加载机构包括液压栗、液压伺服控制系统、液压作动器;其特征在于:液压栗在液压伺服系统的控制下为液压作动器提供动力，液压作动器带动钻杆(7)向下移动，研磨棒(17)从上往下下降顶住岩样表面，实现钻压加载;所诉钻速加载机构包括第一可变速电机(22)、第一变速箱(19)、钻杆(7)、研磨棒(17)、研磨棒夹持器(18);其特征在于:第一可变速电机(22)通过第一定位螺钉(20)和第二定位螺钉(21)分别固定于水平横梁(8)，第一变速箱(19)中设置由齿轮变速机构，第一可变速电机(22)传递转矩给齿轮变速机构，齿轮变速机构带动钻杆(7)旋转，通过调节第一可变速电机(22)转速和齿轮变速机构组合形式实现钻杆(7)转速调节，钻杆通过研磨棒夹持器(18)连接研磨棒(17)，带动研磨棒(17)旋转研磨岩心，实现转速加载;岩样夹持器位置控制机构包括横向移动滑槽、第二可变速电机(3)、第二变速箱(4)、传动链条(12);其特征在于:第二可变速电机(3)通过第三螺钉(I)和第四定位螺钉(2)固定在底座(11)上，第二变速箱(4)中设置由齿轮变速机构，第二可变速电机(3)传递转矩，通过传动链条(12)实现岩样夹持器的横向移动;测量参数系统包括微型计算机、压力传感装置、速度传感装置;其特征在于:压力传感装置安装在两根横梁上，速度传感装置安装在底座(11)上，通过微型计算机能够直接获取到钻压和岩样的移动速度。2.如权利要求1所诉的一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，其特征在于:利用研磨棒(17)测试岩石的研磨性和金属材料的耐磨性，利用液压作动器、齿轮变速结构以及变速电机配合实现钻压、钻速和滑动速度控制。3.如权利要求2所诉的一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，其特征在于:研磨棒(17)包括美国岩石力学协会标准D7625-10规定的研磨棒(17)和其他各种材料的钻齿材料;金属耐磨性参数的测量由金属研磨棒损耗来表征。4.如权利要求1所诉的一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，其特征在于:利用液压作动器、齿轮变速机构以及可变速电机配合，以固定时间钻具的磨损、固定钻压或者固定研磨距离为依据，实现对岩石研磨性和金属耐磨性的评价。5.如权利要求1所诉的一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置，其特征在于:双凹形面板(15)设置有不同规格大小，能够对不同规格大小的岩样进行试验。
【文档编号】G01N3/56GK106053274SQ201610325278
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】石祥超, 王伟阳, 孟英峰, 李皋, 韩林
【申请人】西南石油大学