一種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣工程領(lǐng)域中用于產(chǎn)生高頻振動(dòng)沖擊破碎巖石并可以測(cè)量巖石共振頻率的鉆井裝置，具體涉及一種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鉆井深度的增加，破巖難度的加大，鉆頭加水射流的旋轉(zhuǎn)鉆井等常規(guī)鉆井技術(shù)已經(jīng)不能滿足于現(xiàn)代鉆井作業(yè)的需求，新的鉆井方法，如共振鉆井技術(shù)，諧波振動(dòng)激勵(lì)鉆井技術(shù)等，新的鉆井設(shè)備，如扭力沖擊器，軸向液動(dòng)沖擊器等設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)今研宄發(fā)明的重點(diǎn)。這些新的技術(shù)、新的設(shè)備有一個(gè)共同的特點(diǎn)，均是利用高頻振動(dòng)沖擊的原理實(shí)現(xiàn)巖石的高效破碎。
[0003]現(xiàn)有發(fā)明涉及到的均為應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆井作業(yè)的高頻振動(dòng)沖擊設(shè)備，并沒(méi)有可以模擬高頻振動(dòng)沖擊破巖的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置以及測(cè)量巖石共振頻率的鉆井裝置的發(fā)明研宄。本發(fā)明的研宄可以實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)沖擊破巖的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)并實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，為其理論研宄提供理論基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，這種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置用于實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)沖擊破巖的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)沖擊破巖提供依據(jù)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:這種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)、泵站、控制臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，泵站、控制臺(tái)均與主機(jī)相連，通過(guò)軸向高頻振動(dòng)的鉆頭和水平旋轉(zhuǎn)的巖樣相配合，模擬了巖石破碎所需的高頻振動(dòng)沖擊激勵(lì)；主機(jī)包括框架、液壓缸、回程質(zhì)量、激勵(lì)器、螺旋彈簧、鉆頭、升降座、轉(zhuǎn)盤(pán)，液壓缸安裝在框架的頂端，液壓缸下部安裝測(cè)力傳感器，液壓缸下部與回程質(zhì)量相連，回程質(zhì)量與激勵(lì)器相連，激勵(lì)器與鉆頭之間設(shè)置螺旋彈簧，螺旋彈簧下部與振動(dòng)傳感器相連，加速計(jì)安裝于螺旋彈簧與振動(dòng)傳感器之間，線性差動(dòng)變壓器安裝于螺旋彈簧上；鉆頭下方為轉(zhuǎn)盤(pán)，巖樣置于轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在升降座上，轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝旋轉(zhuǎn)傳感器，測(cè)力傳感器、振動(dòng)傳感器、加速計(jì)、線性差動(dòng)變壓器、旋轉(zhuǎn)傳感器均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0006]上述方案中回程質(zhì)量為鐵制質(zhì)量塊，用于控制及輔助系統(tǒng)振動(dòng)。
[0007]上述方案中激勵(lì)器為磁致伸縮裝置，用于提供高頻的外部激勵(lì)。
[0008]上述方案中轉(zhuǎn)盤(pán)為立式車(chē)床旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用于固定巖樣，并對(duì)巖樣施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明由軸向高頻振動(dòng)的鉆頭和水平旋轉(zhuǎn)的巖樣相配合，模擬了巖石破碎所需的高頻振動(dòng)沖擊激勵(lì)，提供了可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，使高頻振動(dòng)沖擊破巖過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)本發(fā)明測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)曲線可為高頻振動(dòng)沖擊破巖機(jī)理分析提供理論基礎(chǔ)。
[0010]2、本發(fā)明突破了現(xiàn)有技術(shù)中利用鉆頭對(duì)靜止的巖樣進(jìn)行破巖的現(xiàn)狀，開(kāi)辟了高頻振動(dòng)沖擊破巖的新裝置和新方法。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明流程不意圖；
圖2是本發(fā)明中主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中泵站2主機(jī)3控制臺(tái)4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5框架6液壓缸7測(cè)力傳感器8回程質(zhì)量9激勵(lì)器10螺旋彈簧11線性差動(dòng)變壓器12加速計(jì)13振動(dòng)傳感器 14鉆頭15巖樣16轉(zhuǎn)盤(pán)17旋轉(zhuǎn)傳感器18升降座。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
如圖1所示，這種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)2、泵站1、控制臺(tái)3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4，泵站1、控制臺(tái)3均與主機(jī)2連接，泵站I為水泵，泵站I向主機(jī)2提供所需動(dòng)力和循環(huán)鉆井液；控制臺(tái)3為計(jì)算機(jī)，用于輸入、調(diào)控實(shí)驗(yàn)參數(shù)，控制調(diào)節(jié)主機(jī)2實(shí)驗(yàn)參數(shù)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4為計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4接收測(cè)力傳感器7，線性差動(dòng)變壓器11，加速計(jì)12，振動(dòng)傳感器13和旋轉(zhuǎn)傳感器17傳回的數(shù)據(jù)并加以處理。
[0014]如圖2所示，主機(jī)2包括框架5、液壓缸6、回程質(zhì)量8、激勵(lì)器9、螺旋彈簧10、鉆頭14、升降座18、轉(zhuǎn)盤(pán)16，框架5為鐵架，用于支撐、固定實(shí)驗(yàn)裝置；液壓缸6安裝在框架5的頂端，液壓缸6為推力液壓缸，用于將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對(duì)系統(tǒng)施加靜壓力，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向下運(yùn)動(dòng)；液壓缸6下部安裝測(cè)力傳感器7，液壓缸6下部與回程質(zhì)量8相連，回程質(zhì)量8與激勵(lì)器9相連，激勵(lì)器9與鉆頭14之間設(shè)置螺旋彈簧10，螺旋彈簧10下部與振動(dòng)傳感器13相連，加速計(jì)12安裝于螺旋彈簧10與振動(dòng)傳感器13之間，線性差動(dòng)變壓器11安裝于螺旋彈簧10上；鉆頭14下方為轉(zhuǎn)盤(pán)16，巖樣15置于轉(zhuǎn)盤(pán)16上，轉(zhuǎn)盤(pán)16設(shè)置在升降座18之上，轉(zhuǎn)盤(pán)16上安裝旋轉(zhuǎn)傳感器17，升降座18起到固定、支撐、升降的作用，升降座18與控制臺(tái)3連接。測(cè)力傳感器7、振動(dòng)傳感器13、加速計(jì)12、線性差動(dòng)變壓器11、旋轉(zhuǎn)傳感器17均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4連接。
[0015]回程質(zhì)量8為鐵制質(zhì)量塊，用于控制及輔助系統(tǒng)振動(dòng)。激勵(lì)器9為磁致伸縮裝置，用于提供高頻的外部激勵(lì)。螺旋彈簧10有兩個(gè)，用于向鉆頭傳輸沖擊振動(dòng)和高頻激勵(lì)。鉆頭14為通用刮刀、牙輪鉆頭、PDC等，用于破碎實(shí)驗(yàn)巖樣。
[0016]轉(zhuǎn)盤(pán)16為立式車(chē)床旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用于固定巖樣15，并對(duì)巖樣15施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)16與控制臺(tái)3連接。
[0017]測(cè)力傳感器7用于測(cè)量系統(tǒng)破巖時(shí)施加于鉆頭上的壓力。加速計(jì)12用于測(cè)量高頻振動(dòng)沖擊破巖系統(tǒng)的振動(dòng)加速度。線性差動(dòng)變壓器11用于測(cè)量系統(tǒng)的振動(dòng)位移、壓力等參數(shù)。旋轉(zhuǎn)傳感器17用于測(cè)量轉(zhuǎn)盤(pán)16對(duì)巖樣15提供的轉(zhuǎn)速。
[0018]液壓缸6安裝在框架5的頂端，對(duì)系統(tǒng)施加靜壓力，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向下運(yùn)動(dòng)，與其連接的測(cè)力傳感器7測(cè)量其靜壓力的大小?；爻藤|(zhì)量8與測(cè)力傳感器7連接，在液壓缸6靜壓力作用下產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，激勵(lì)與其連接的磁致伸縮裝置9產(chǎn)生高頻的軸向激勵(lì)，并通過(guò)兩根螺旋彈簧10將軸向高頻振動(dòng)沖擊傳遞到鉆頭13，再配合轉(zhuǎn)盤(pán)15的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)巖樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，鉆頭13對(duì)旋轉(zhuǎn)的巖樣14產(chǎn)生軸向的高頻振動(dòng)沖擊，共同完成高頻振動(dòng)沖擊破巖。
[0019]磁致伸縮裝置施加的沖擊頻率以及高頻振動(dòng)沖擊過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊力，位移，加速度，轉(zhuǎn)速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)通過(guò)測(cè)力傳感器7，線性差動(dòng)變壓器11，加速計(jì)12和旋轉(zhuǎn)傳感器16等部件測(cè)量并傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4進(jìn)行數(shù)理，為高頻振動(dòng)沖擊破巖機(jī)理分析提供理論基礎(chǔ)。
[0020]這種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法為:
(I)對(duì)所鉆地層取心，制備實(shí)驗(yàn)所需巖樣15。
[0021](2)將實(shí)驗(yàn)巖樣固定于轉(zhuǎn)盤(pán)16上。
[0022](3)通過(guò)控制臺(tái)3將巖樣15調(diào)整到合適高度，設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括頻率、鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆時(shí)、鉆?米等參數(shù)。
[0023](4)開(kāi)啟泵站1，啟動(dòng)液壓缸6，循環(huán)清水鉆井液，開(kāi)始高頻振動(dòng)沖擊破巖。
[0024](5)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0025](6)鉆進(jìn)完成后，液壓缸6自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉液壓缸6。
[0026](7)關(guān)閉泵站I，停止清水鉆井液循環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0027](8)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表和實(shí)驗(yàn)曲線圖。
[0028](9)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線圖，巖樣機(jī)械鉆速瞬時(shí)顯著增加時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為所鉆地層巖石的共振頻率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:這種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)(2)、泵站(1)、控制臺(tái)(3)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)，泵站(1)、控制臺(tái)(3)均與主機(jī)(2)相連，通過(guò)軸向高頻振動(dòng)的鉆頭(14)和水平旋轉(zhuǎn)的巖樣(15)相配合，模擬了巖石破碎所需的高頻振動(dòng)沖擊激勵(lì)；主機(jī)(2)包括框架(5)、液壓缸(6)、回程質(zhì)量(8)、激勵(lì)器(9)、螺旋彈簧(10)、鉆頭(14)、升降座(18)、轉(zhuǎn)盤(pán)(16)，液壓缸(6)安裝在框架(5)的頂端，液壓缸(6)下部安裝測(cè)力傳感器(7)，液壓缸(6)下部與回程質(zhì)量(8)相連，回程質(zhì)量(8)與激勵(lì)器(9)相連，激勵(lì)器(9)與鉆頭(14)之間設(shè)置螺旋彈簧(10)，螺旋彈簧(10)下部與振動(dòng)傳感器(13)相連，加速計(jì)(12)安裝于螺旋彈簧(10)與振動(dòng)傳感器(13)之間，線性差動(dòng)變壓器(11)安裝于螺旋彈簧(10)上；鉆頭(14)下方為轉(zhuǎn)盤(pán)(16)，巖樣(15)置于轉(zhuǎn)盤(pán)(16)上，轉(zhuǎn)盤(pán)(16 )設(shè)置在升降座(18 )上，轉(zhuǎn)盤(pán)(16 )上安裝旋轉(zhuǎn)傳感器(17 );測(cè)力傳感器(7 )、振動(dòng)傳感器(13)、加速計(jì)(12)、線性差動(dòng)變壓器(11)、旋轉(zhuǎn)傳感器(17)均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的回程質(zhì)量(8)為鐵制質(zhì)量塊，用于控制及輔助系統(tǒng)振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的激勵(lì)器(9)為磁致伸縮裝置，用于提供高頻的外部激勵(lì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)盤(pán)(16)為立式車(chē)床旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用于固定巖樣(15)，并對(duì)巖樣施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種高頻振動(dòng)沖擊破巖實(shí)驗(yàn)裝置，它包括主機(jī)、泵站、控制臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)軸向高頻振動(dòng)的鉆頭和水平旋轉(zhuǎn)的巖樣相配合，模擬了巖石破碎所需的高頻振動(dòng)沖擊激勵(lì)；主機(jī)包括框架、液壓缸，液壓缸下部安裝測(cè)力傳感器，液壓缸下部與回程質(zhì)量相連，回程質(zhì)量與激勵(lì)器相連，激勵(lì)器與鉆頭之間設(shè)置螺旋彈簧，螺旋彈簧下部與振動(dòng)傳感器相連，加速計(jì)安裝于螺旋彈簧與振動(dòng)傳感器之間，線性差動(dòng)變壓器安裝于螺旋彈簧上；鉆頭下方為轉(zhuǎn)盤(pán)，巖樣置于轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在升降座上，轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝旋轉(zhuǎn)傳感器，測(cè)力傳感器、振動(dòng)傳感器、加速計(jì)、線性差動(dòng)變壓器、旋轉(zhuǎn)傳感器均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。本發(fā)明突破了現(xiàn)有技術(shù)中利用鉆頭對(duì)靜止的巖樣進(jìn)行破巖的現(xiàn)狀，開(kāi)辟了高頻振動(dòng)沖擊破巖的新裝置和新方法。
【IPC分類】G01N3-32
【公開(kāi)號(hào)】CN104749052
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510063028
【發(fā)明人】李思琪, 李瑋, 閆鐵, 劉維凱, 孫士慧, 孫文峰
【申請(qǐng)人】東北石油大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年2月8日