一种气体钻井钻头初次破岩岩屑的制取装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油与天然气开发钻井技术领域，更具体地涉及一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置。
【背景技术】
[0002]气体钻井钻速快、有效保护储层、有效防止井漏事故的发生，在钻井行业运用的越来越广泛。但是由于气体钻井循环的介质为空气，而空气的密度远远小于岩肩的密度，所以气体钻井岩肩的运移一直是气体钻井亟待解决的一个重大难题。实验研究是解决该问题的一个非常有效的方法，可是对于气体钻井初次破碎的岩肩制取非常的困难。一些研究者利用坚硬的物质砸岩石颗粒的方法来制取岩肩，还有一部分研究者采用粉碎机对岩石颗粒进行粉碎来制取岩肩，可是这些方法制造出来的岩肩颗粒粒度分布和几何形态上与真实的空气钻井钻头破碎的岩肩相差甚大。因此，如果能制造出一种获得气体钻井钻头初次破岩岩肩的装置，以上的问题就能够得到有效的解决，使得对气体钻井岩肩运移的实验研究更加科学。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是:提供一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0005]本实用新型一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置，包括绞车、固定架、箱体、胶垫、岩块、进气口、出气口、壁面、钢丝绳、支架、滑轮、加重块、电动机、钻杆、胶圈、扶正块、流道、牙轮钻头、观察窗、锥形底面、导管、分离器。钢丝绳一端与绞车连接，一端借助滑轮与加重块连接；固定架一端焊接在壁面上，另一端焊接在箱体上;箱体为正方形箱体，上部敞口，胶垫和岩块都可放置在箱体内部，胶垫放置于岩块和箱体之间；扶正块焊接在壁面上，为圆环形，在下部的扶正块上开有进气口、出气口和流道;上部支架一端连接滑轮，另一端焊接在壁面上，下部的支架一端焊接在壁面，一端与地面接触；电动机固定在加重块内部，并与钻杆连接;钻杆一端连接电动机，另一端与牙轮钻头相连;胶圈采用耐磨橡胶制成，位于扶正块和钻杆之间；观察窗安置在壁面上，采用钢化玻璃制成;锥形底面上部和壁面连接，下部和导管连接，导管采用合金钢制成，具有耐研磨性，导管末端和分离器连接。在箱体中放置好岩块和胶垫后，开启电动机，利用绞车，将加重块的部分重量通过钻杆施加到转动的牙轮钻头上，同时从注气口注入高速气流，经流道，最后从出气口喷出，将牙轮钻头破碎的岩肩及时带离，最后岩肩在气流的带动下，经箱体和壁面之间的空隙、锥形底面、导管，最终到达分离器，这就达到了制取气体钻井钻头初次破碎岩石岩肩的目的。
[0006]本实用新型的优点：结构简单，操作方便，能成功制取气体钻井钻头初次破岩岩肩。
【附图说明】
[0007]图I是本实用新型一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置的结构示意图。
[0008]图2是图I的A-A剖面的结构示意图。
[0009]图3是图I的B-B剖面的结构示意图。
[0010]图4是图I的C-C剖面的结构示意图。
[0011]图5是图I的D-D剖面的结构示意图。
[0012]图中：1.绞车，2.固定架，3.箱体，4.胶垫，5.岩块，6.进气口，7.出气口，8.壁面，9.钢丝绳10.支架，11.滑轮，12.加重块，13.电动机，14.钻杆，15.胶圈，16.扶正块，17.流道，
18.牙轮钻头，19.观察窗，20.锥形底面，21.导管，22.分离器。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0014]如图I、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置的结构示意图，主要由绞车I、固定架2、箱体3、胶垫4、岩块5、进气口6、出气口7、壁面
8、钢丝绳9、支架10、滑轮11、加重块12、电动机13、钻杆14、胶圈15、扶正块16、流道17、牙轮钻头18、观察窗19、锥形底面20、导管21、分离器22组成。绞车I用于拉动钢丝绳9，从而带动加重块12上下移动，并带动钻杆（14)和牙轮钻头（18)上下移动，滑轮11用于减少钢丝绳9拉动过程中的阻力；固定架2能够将箱体3固定，箱体3用于放置岩块5和胶垫4，可避免牙轮钻头18钻岩块5过程中岩块5发生转动，胶垫4可使岩块5牢牢固定在箱体3内；进气口 6位于下部扶正块16外侧，用于向该装置内注入气体，流道17位于下部扶正块内部，用于流通气体，出气口7位于下部扶正块16内侧下方，用于改变气流方向，使气流冲击牙轮钻头18，进而可以冷却牙轮钻头18，并将岩肩从牙轮钻头18底部及时带离;壁面8、下部扶正块16、观察窗
19、锥形底面20可避免制取的岩肩到处飞溅，保证整个制取过程的安全;支架10不仅可以固定滑轮11，还可以支撑整个装置;加重块12可以通过电动机13和钻杆14给牙轮钻头18施加压力，保证牙轮钻头18的破岩效率；电动机13主要用于给钻杆14和牙轮钻头18提供旋转的动力，钻杆14可以将动力传递到牙轮钻头18，牙轮钻头18可以破碎岩块;胶圈15可防止气体和岩肩向上运移;两个扶正块16可使钻杆一直保持垂直状态，保证制取的效率;观察窗19可以打开，打开观察窗19后，可以往箱体3内部放置岩块5和胶垫4，关闭观察窗19可观察装置内部破岩的过程;锥形底面20侧面和轴线成60°角，可引导大的岩肩颗粒流入导管21，以防岩肩颗粒在底部堆积;导管21是气体和岩肩的流动通道，分离器22用于将气体和岩肩颗粒分呙。
[0015]将岩块5和胶垫4放置在箱体3内部后，关闭观察窗19，开启电动机13，钻杆14和钻头18开始转动，通过绞车I下放加重块12，使牙轮钻头18逐渐下移并与岩块接触，并给牙轮钻头18—定的钻压，牙轮钻头18开始破岩，同时从注气口 6注入高速气流，高速气流经流道17和出气口7，冲击牙轮钻头18和钻开的岩肩，并将岩肩携带到锥形底面20，然后经由导管21进入到分离器22，最后气固流体被分离器22分离，从而得到了气体钻井钻头初次破岩岩肩。该装置原理简单，能有效避免岩肩被钻头的重复破碎和长距离运移过程中的重复破碎，而且制取效率高，制取的岩肩能够满足实验要求，对研究气体钻井岩肩的运移有非常重要的意义。
【主权项】
1.一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置，包括绞车（I)、固定架(2)、箱体(3)、胶垫(4)、岩块(5)、进气口（6)、出气口（7)、壁面(8)、钢丝绳(9)、支架（10)、滑轮（11)、加重块(12)、电动机（13)、钻杆（14)、胶圈（15)、扶正块（16)、流道（17)、牙轮钻头（18)、观察窗(19)、锥形底面(20)、导管（21)、分离器(22)，其特征在于:箱体(3)为正方形箱体，上部敞口，用于放置胶垫(4)和岩块(5)，可避免牙轮钻头（18)钻岩块(5)过程中岩块5发生转动，胶垫(4)可使岩块(5)牢牢固定在箱体(3)内；气体经进气口（6)进入，流经流道(17)，最后从出气口（7)流出，冲击并冷却牙轮钻头（18)，并将岩肩从牙轮钻头（18)底部及时带离;两个扶正块（16)可使钻杆（14)一直保持垂直状态，保证制取的效率；电动机（13)固定在加重块(12)内部，并与钻杆(14)连接，钻杆（14)另一端与牙轮钻头（18)相连，电动机(13)转动可带动钻杆（14)转动，进而带动牙轮钻头（18)转动;通过绞车（I)和钢丝绳(9)带动加重块（12)上下移动，可将加重块（12)的部分重量通过钻杆（14)施加到转动的牙轮钻头（18)上，提高破岩的效率;锥形底面(20)侧面和轴向成60°角，可引导大的岩肩颗粒流入导管(21)，以防岩肩颗粒在底部堆积;分离器(22)可将气体和岩肩分离。2.根据权利要求I所述的一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置，其特征在于:胶圈（15)采用耐磨橡胶制成，位于扶正块(16)和钻杆(14)之间，可防止气体和岩肩向上运移。3.根据权利要求I所述的一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置，其特征在于:观察窗（19)安置在壁面(8)上，采用钢化玻璃制成，观察窗（19)可以打开，打开观察窗（19)后，可以往箱体(3)内部放置岩块(5)和胶垫(4)，关闭观察窗（19)可观察装置内部破岩的过程。4.根据权利要求I所述的一种气体钻井钻头初次破岩岩肩的制取装置，其特征在于：导管(21)采用合金钢制成，具有耐研磨性。
【专利摘要】本实用新型提供一种气体钻井钻头初次破岩岩屑的制取装置，它主要包括绞车、固定架、箱体、胶垫、岩块、进气口、出气口、壁面、钢丝绳、支架、滑轮、加重块、电动机、钻杆、胶圈、扶正块、流道、牙轮钻头、观察窗、锥形底面、导管、分离器。通过绞车、钢丝绳和滑轮可带动加重块上下移动，并将加重块的部分重量通过钻杆施加给牙轮钻头，可提高破岩效率；箱体用于放置岩块和胶垫，胶垫可使岩块牢牢固定在箱体内；气体可以从注气口进入，流经流道，从出气口流出，冲击和冷却牙轮钻头，并将岩屑及时从牙轮钻头底部带走；电动机可以为钻杆的转动提供动能，通过钻杆带动牙轮钻头转动；锥形底面可以防止大的岩屑颗粒堆积，分离器可以将气体和岩屑颗粒进行分离。开启电动机，通过绞车将加重块下放，使转动的牙轮钻头接触岩块开始破岩，破碎的岩石在气流的冲击下，离开牙轮钻头底部，随着气流运动，最后进入分离器，进行分离，从而得到气体钻井钻头初次破岩的岩屑。本实用新型结构简单、操作方便、制取岩屑效率高，制取的岩屑能够满足实验研究的要求。<!-- 2 -->
【IPC分类】G01N1/08
【公开号】CN205157229
【申请号】CN201520956036
【发明人】唐汉林, 孟英峰, 李皋, 谷雨桐, 孙爱生
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日