井下划痕试验设备的制作方法

本发明涉及石油采矿，尤其涉及一种井下划痕试验设备。

背景技术：

1、井下取样，即将岩石破碎后制备规则岩样，然后在实验室内进行力学参数采集，在石油、采矿及隧道工程等领域中十分常见。由于井下环境与实验室内环境（温度、湿度等因素）差异过大，导致收集到的力学参数具有较强的不稳定性，实验室内制备岩样与现实工程环境内的岩石参数大不相同。

2、目前，通常采用单三轴岩石力学实验来评价岩石的力学性质，包括单轴、抗拉强度等。但是，传统的单三轴岩石力学实验等宏观测试方法对岩石试样尺寸和完整性有较高要求，还存在实验仪器体积大、耗能高、精确度差、样品易破碎难以获取且难以再次利用等问题。同时，传统的力学实验往往难以评价厘米尺度至毫米尺度的层理。由于井下环境复杂，所涉及的问题常常是温度场、压力场、渗流场等多物理场耦合问题。将井下的岩样取回实验室进行实验，不仅耗费巨大人力物力，也大大影响了开采效率。

3、因此，亟需一种井下划痕试验设备，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井下划痕试验设备，其能够通过划痕试验实现岩石力学性质的连续测量，获得趋势性变化，同时，其对岩样的要求低，且设备体积小巧，结构简单，大大降低了现场装置安装难度，缩短安装时间，方便拆装和维护。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、井下划痕试验设备，用于对待测岩样进行力学性质测量，包括：

4、试验舱体，所述试验舱体内设置有密封的试验空间，所述试验空间内的温度及压力均可调；

5、第一位移调节机构，沿x方向设置于所述试验舱体内，所述待测岩样定位于所述第一位移调节机构上，所述第一位移调节机构能够带动所述待测岩样沿x方向移动；

6、第二位移调节机构，设置于所述试验舱体内；

7、第三位移调节机构，设置于所述第二位移调节机构上；

8、划痕试验机构，包括刀头，所述刀头连接于所述第三位移调节机构，所述刀头能够在所述第二位移调节机构或所述第三位移调节机构的带动下分别沿y方向或z方向移动，所述刀头能够与所述待测岩样接触，并在所述待测岩样上进行划痕试验；

9、x方向、y方向和z方向两两垂直。

10、可选地，还包括温度控制机构和压力控制机构，所述试验舱体包括底部平台和上舱体，所述上舱体盖设于所述底部平台，形成所述试验空间，所述第一位移调节机构和所述第二位移调节机构设置于所述底部平台，所述温度控制机构和所述压力控制机构设置于所述上舱体。

11、可选地，所述底部平台包括沿z方向间隔设置的平台支撑板和试验台底板，所述上舱体密封连接于所述平台支撑板，所述第一位移调节机构和所述第二位移调节机构设置于所述试验台底板。

12、可选地，所述温度控制机构包括加热棒和温度检测件，所述加热棒和所述温度检测件通讯连接，所述加热棒由所述上舱体的侧部伸入所述试验台底板和所述平台支撑板之间，用于对所述试验空间进行加热，所述温度检测件设置于所述上舱体的顶部，用于检测所述试验空间内的温度。

13、可选地，所述压力控制机构包括压力接口和压力检测件，所述压力接口开设于所述上舱体的侧部的上方，被配置为与外部气源连通，所述压力检测件设置于所述上舱体顶部，用于检测所述试验空间内的压力。

14、可选地，还包括图像采集机构，所述图像采集机构设置于所述试验舱体，所述图像采集机构能够在所述刀头进行划痕试验的过程中摄像。

15、可选地，所述第一位移调节机构包括岩样固定组件和第一位移调节组件，所述第一位移调节组件包括导轨和滑块，所述导轨平行于x方向设置于所述试验舱体内，所述滑块滑动连接于所述导轨，所述岩样固定组件设置于所述滑块上，所述待测岩样定位于所述岩样固定组件上。

16、可选地，所述第二位移调节机构包括支撑组件和第二位移调节组件，所述支撑组件包括支撑柱和支撑梁，所述支撑柱固连于所述试验舱体，所述第二位移调节组件连接于所述支撑梁和所述支撑柱之间，能够驱动所述支撑梁沿y方向移动，所述刀头沿z方向可移动地设置于所述支撑梁上。

17、可选地，所述第三位移调节机构包括刀头安装件和锁定件，所述支撑梁背离所述支撑柱的端部开设安装槽，所述刀头安装件深度可调地插设于所述安装槽内，所述刀头可拆卸连接于所述刀头安装件朝向所述待测岩样的一侧，所述锁定件用于将所述刀头安装件锁定在所述支撑梁上。

18、可选地，还包括控制机构，所述第一位移调节机构、所述第二位移调节机构和所述第三位移调节机构分别通讯连接于所述控制机构，所述控制机构能够改变所述刀头和所述待测岩样之间的相对位置。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提供的井下划痕试验设备，包括试验舱体、第一位移调节机构、第二位移调节机构、第三位移调节机构和划痕试验机构。试验舱体内设置有密封的试验空间，试验空间内的温度及压力均可调。试验舱体内能够模拟实验室环境，为划痕试验的准确性提供保障。待测岩样定位于第一位移调节机构上，第一位移调节机构能够带动待测岩样沿x方向移动，刀头连接于第三位移调节机构，刀头能够在第二位移调节机构或第三位移调节机构的带动下分别沿y方向或z方向移动，刀头能够与待测岩样接触，并在待测岩样上进行划痕试验。也就是说，通过第一位移调节机构，能够调节待测岩样在x轴方向上的位移，通过第二位移调节机构和第三位移调节机构能够调节刀头在yz平面内的位置。该井下划痕试验设备能够连续改变待测岩样或刀头的位置，进而实现岩石力学性质的连续测量，获得其趋势性变化。同时，该井下划痕试验设备对岩样的要求低，且设备体积小巧，结构简单，大大降低了现场装置安装难度，缩短安装时间，方便拆装和维护。

技术特征：

1.井下划痕试验设备，用于对待测岩样（100）进行力学性质测量，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的井下划痕试验设备，其特征在于，还包括温度控制机构（6）和压力控制机构（7），所述试验舱体（1）包括底部平台（11）和上舱体（12），所述上舱体（12）盖设于所述底部平台（11），形成所述试验空间，所述第一位移调节机构（2）和所述第二位移调节机构（3）设置于所述底部平台（11），所述温度控制机构（6）和所述压力控制机构（7）设置于所述上舱体（12）。

3.根据权利要求2所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述底部平台（11）包括沿z方向间隔设置的平台支撑板（111）和试验台底板（112），所述上舱体（12）密封连接于所述平台支撑板（111），所述第一位移调节机构（2）和所述第二位移调节机构（3）设置于所述试验台底板（112）。

4.根据权利要求3所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述温度控制机构（6）包括加热棒（61）和温度检测件（62），所述加热棒（61）和所述温度检测件（62）通讯连接，所述加热棒（61）由所述上舱体（12）的侧部伸入所述试验台底板（112）和所述平台支撑板（111）之间，用于对所述试验空间进行加热，所述温度检测件（62）设置于所述上舱体（12）的顶部，用于检测所述试验空间内的温度。

5.根据权利要求2所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述压力控制机构（7）包括压力接口（71）和压力检测件（72），所述压力接口（71）开设于所述上舱体（12）的侧部的上方，被配置为与外部气源连通，所述压力检测件（72）设置于所述上舱体（12）顶部，用于检测所述试验空间内的压力。

6.根据权利要求1所述的井下划痕试验设备，其特征在于，还包括图像采集机构（8），所述图像采集机构（8）设置于所述试验舱体（1），所述图像采集机构（8）能够在所述刀头（51）进行划痕试验的过程中摄像。

7.根据权利要求1所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述第一位移调节机构（2）包括岩样固定组件（21）和第一位移调节组件（22），所述第一位移调节组件（22）包括导轨（221）和滑块（222），所述导轨（221）平行于x方向设置于所述试验舱体（1）内，所述滑块（222）滑动连接于所述导轨（221），所述岩样固定组件（21）设置于所述滑块（222）上，所述待测岩样（100）定位于所述岩样固定组件（21）上。

8.根据权利要求1所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述第二位移调节机构（3）包括支撑组件（31）和第二位移调节组件，所述支撑组件（31）包括支撑柱（311）和支撑梁（312），所述支撑柱（311）固连于所述试验舱体（1），所述第二位移调节组件连接于所述支撑梁（312）和所述支撑柱（311）之间，能够驱动所述支撑梁（312）沿y方向移动，所述刀头（51）设置于所述支撑梁（312）上。

9.根据权利要求8所述的井下划痕试验设备，其特征在于，所述第三位移调节机构（4）包括刀头安装件（41）和锁定件（42），所述支撑梁（312）背离所述支撑柱（311）的端部沿z方向开设安装槽，所述刀头安装件（41）深度可调地插设于所述安装槽内，所述刀头（51）可拆卸连接于所述刀头安装件（41）朝向所述待测岩样（100）的一侧，所述锁定件（42）用于将所述刀头安装件（41）锁定在所述支撑梁（312）上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的井下划痕试验设备，其特征在于，还包括控制机构，所述第一位移调节机构（2）、所述第二位移调节机构（3）和所述第三位移调节机构（4）分别通讯连接于所述控制机构，所述控制机构能够改变所述刀头（51）和所述待测岩样（100）之间的相对位置。

技术总结
本发明属于石油采矿技术领域，公开了一种井下划痕试验设备，包括试验舱体、第一位移调节机构、第二位移调节机构、第三位移调节机构和划痕试验机构。试验舱体内设置有密封的试验空间，其内的温度及压力均可调；第一位移调节机构设置于试验舱体内，待测岩样定位于第一位移调节机构上，并能够沿X方向移动；第二位移调节机构设置于试验舱体内，第三位移调节机构设置于第二位移调节机构上；划痕试验机构包括刀头，刀头连接于第三位移调节机构，且能够分别沿Y方向或Z方向移动，刀头用于在待测岩样上进行划痕试验。本发明能够通过划痕试验实现岩石力学性质的连续测量，获得趋势性变化，同时，设备体积小，结构简单，大大降低了装拆难度。

技术研发人员：孟思炜,刘合,杨清海,贾德利,陶嘉平,裴晓含,梁立豪,高扬
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15