岩石轴向冲击发生试验装置的制作方法

本发明属于石油天然气钻采行业，具体的说是涉及石油钻采井下工具试验系统中的一种岩石轴向冲击发生试验装置。

技术背景

随着油田常规油气资源的快速消耗，非常规深井和超深井油气田的勘探开发难度加大、成本升高，为满足油气能源逐年递增的需求，石油天然气钻采行业通过研发新井下工具采用新工艺来实现油气田开采的增产降成本。石油天然气井下工具种类众多，市场用量巨大，共同点都是工作在井下高温、高压的恶劣环境，工作过程中出现故障无法在井内维修，难以判断分析和确定故障原因，只能从几千米井中起出，浪费生产时间，无形中提高油气田的开发成本。因此开展石油钻采井下工具的研究开发意义重大，科研与试验密切相关，试验装置的研究要走在科研前面，为新产品新工艺研发提供技术支撑。机理

在国内石油钻井行业，井下工具和钻井工艺技术与国外公司差距较大，国外公司进行大量的试验研究，开发先进的井下工具有些只租不买实行技术封锁，要提高国内技术水平，开发先进高效具有自主知识产权的井下工具产品，需要有先进可靠的试验手段配合。

技术实现要素：

本发明提供一种能与原有多功能试验机相连接的轴向岩石冲击发生试验装置，利用该试验装置可模拟井下轴向钻井工具对钻进岩石的钻头施加辅助轴向冲击试验载荷的需要。

本发明所采用的技术方案为：

一种岩石轴向冲击发生试验装置，包括多功能试验机加载横梁及水龙头中心管，液缸承载架上部与多功能试验机横梁下部连接，冲击液缸吊装在液缸承载架下部而冲击液缸的活塞杆上安装冲击头；中心管接头一端与多功能试验机水龙头中心管套装，另一端与上花键轴通过上接头连接，上花键轴另一端通过花键套与承载轴板连接形成整体的岩石轴向冲击发生试验装置。

所述上接头与中心管接头连接采用卡扣结构，具体为：中心管接头下部外缘上的凸翼头适配装入上接头端面上的圆弧缺口中，并旋转进入圆弧缺口底部的环槽中定位，同时向圆弧缺口中放入挡块，该挡块用销轴定位在上接头上。

所述冲击液缸的活塞杆上安装载荷传感器、冲击液缸壳体和活塞杆之间安装位移传感器。

本发明主要用于石油钻采工具实验室的井下工具试验装置上，在原有多功能试验机上安装连接岩石轴向冲击发生试验装置，其主要用途模拟试验井下轴向冲击工具在钻头钻进时，冲击载荷、冲击频率、冲击加速度等参数变化，对不同岩石破碎效果机理，研究不同技术参数和结构的井下轴向冲击工具辅助钻头破碎岩石规律和特点，为井下轴向冲击工具的设计、钻进工艺参数的选择提供试验参数和设计依据。

附图说明

图1为本发明结构主视图；

图2为图1中a向视图；

图3为图1中b-b局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其效果进一步说明。

岩石轴向冲击发生试验装置主要用于石油钻采井下工具实验室中，模拟井下轴向冲击工具连接到钻杆上在石油或天然气井中，利用钻头钻进破碎岩石中工作状况和效果。

参照图1、图2，一种岩石轴向冲击发生试验装置，包括多功能试验机加载横梁1及水龙头中心管4，液缸承载架2上部与多功能试验机横梁1下部通过螺栓连接，冲击液缸3通过螺栓吊装在液缸承载架2下部而冲击液缸3的活塞杆上安装冲击头12；原多功能试验机水龙头中心管4套装入中心管接头5一端内腔并螺纹连接固定，中心管接头5另一端与上接头6通过卡扣连接，而上花键轴7与上接头6螺纹连接从而将中心管接头5、上接头6、上花键轴7连为一体；上花键轴7另一端通过花键套8与承载轴板9连接形成整体的岩石轴向冲击发生试验装置。这样附加冲击载荷就传到驱动钻头钻进的原有多功能试验机水龙头中心管上，在钻头正常旋转钻进扭矩和钻压上附加了连续的轴向振动载荷。

参照图3，所述上接头6与中心管接头5连接采用卡扣结构，具体为：中心管接头5下部外缘上的凸翼头适配装入上接头6端面上的圆弧缺口中，并旋转一定角度（0-90︒），进入圆弧缺口底部的环槽中定位，同时向圆弧缺口中放入挡块13，该挡块13用销轴14定位在上接头6上完成对中心管接头5的固定定位。此时上接头6与中心管接头5之间可传递旋转扭矩和拉/压载荷；拆卸时反向旋转中心管接头5同样角度到达圆弧缺口处上提可退出。

所述冲击液缸3的活塞杆上安装载荷传感器11、冲击液缸3壳体和活塞杆之间安装位移传感器10。载荷传感器11、位移传感器10连接到地面测控台和液压伺服系统的测控系控制中，测控系统采集处理上述传感器输出信号，同时输出信号控制冲击力、冲击频率，实现冲击试验参数的可控可测。地面测控台和液压伺服系统的测控控制为本领域公知结构。

通过利用两只平行并联布置冲击液缸3同步冲击承载轴板9上设有的可换垫板15。可换垫板15根据试验情况可更换，调整冲击液缸3活塞杆上冲击头12与可换垫板15之间的距离。轴向冲击试验技术指标：冲击频率范围：17hz～40hz），冲击合力0-5吨。通过地面测控台和液压伺服系统的测控系控制控制冲击液缸3的活塞杆上连接头12冲击承载轴板9上的可换垫板，实现在原试验机水龙头中心管4上施加轴向冲击载荷模拟试验。

本发明通过中心管接头5与原试验机水龙头中心管4连接，最下部承载轴板9下部可连接钻进岩石的钻杆和钻头，实现在试验井中钻头钻进岩石时，原试验机水龙头中心管4产生旋转钻进扭矩，同时冲击液缸3产生附加轴向冲击载荷，模拟加装井下轴向冲击工具进行钻井作业。

技术特征：

1.一种岩石轴向冲击发生试验装置，包括多功能试验机加载横梁及水龙头中心管（4），其特征在于：液缸承载架（2）上部与多功能试验机横梁（1）下部连接，冲击液缸（3）吊装在液缸承载架（2）下部而冲击液缸（3）的活塞杆上安装冲击头（12）；中心管接头（5）一端与多功能试验机水龙头中心管（4）套装，另一端与上花键轴（7）通过上接头（6）连接，上花键轴（7）另一端通过花键套（8）与承载轴板（9）连接形成整体的岩石轴向冲击发生试验装置。

2.根据权利要求1所述的岩石轴向冲击发生试验装置，其特征在于：所述上接头（6）与中心管接头（5）连接采用卡扣结构，具体为：中心管接头（5）下部外缘上的凸翼头适配装入上接头（6）端面上的圆弧缺口中，并旋转进入圆弧缺口底部的环槽中定位，同时向圆弧缺口中放入挡块（13），该挡块（13）用销轴（14）定位在上接头（6）上。

3.根据权利要求1所述的岩石轴向冲击发生试验装置，其特征在于：所述冲击液缸（3）的活塞杆上安装载荷传感器（11）、冲击液缸（3）壳体和活塞杆之间安装位移传感器（10）。

4.根据权利要求1所述的一种岩石轴向冲击发生试验装置，其特征在于：所述承载轴板（9）上设有可换垫板（15）。

技术总结
一种岩石轴向冲击发生试验装置，包括多功能试验机加载横梁及水龙头中心管，液缸承载架上部与多功能试验机横梁下部连接，冲击液缸吊装在液缸承载架下部而冲击液缸的活塞杆上安装冲击头；中心管接头一端与多功能试验机水龙头中心管套装，另一端与上花键轴通过上接头连接，上花键轴另一端通过花键套与承载轴板连接形成整体的岩石轴向冲击发生试验装置。本发明主要用于研究钻头钻进岩石时附加轴向冲击载荷对钻头破碎岩石影响，测试冲击力、冲击频率等参数变化对不同地层岩石破碎的效果。为井下轴向冲击工具优化设计、不同钻头钻井工艺参数优选提供试验数据支撑。

技术研发人员：车继勇;章发明;李明娜;陈磊;谯正武;金灿波;周苗苗;郭妍琼;张磊
受保护的技术使用者：上海蓝滨石化设备有限责任公司
技术研发日：2020.04.08
技术公布日：2020.07.14