Pdc鑽鑿特性測定試驗裝置的製作方法

2023-07-18 08:00:21

專利名稱：Pdc鑽鑿特性測定試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在室內給定條件下，使用微型PDC模擬鑽頭對巖石進行鑽 進和磨銑的試驗，對PDC的鑽鑿、磨損及抗衝擊特性進行測試的試驗裝置。
背景技術：
PDC (聚晶金剛石複合片)作為一種在高溫、高壓條件下人工合成的切削材 料，由於其具有極硬、耐磨、自銳等特點，已作為切削齒的主要原料廣泛應用 於地質勘察、石油勘探開發等以刮切破巖方式為主的破巖工具製造業中。但是 目前在PDC鑽鑿特性的評價方面，還沒有真正規範統一的技術指標及規範，國 內外的PDC製造商和PDC鑽頭生產商，也僅是參照磨耗比、抗壓強度、抗衝擊 強度、抗衝擊韌性、抗氧化溫度及自銳性等單項技術指標來評價PDC的質量。 而本發明提出的PDC的鑽鑿特性，是一反映PDC在受力壓入與旋轉並伴有無規 律振動、衝擊狀態下，鑽鑿地層巖石的綜合特性技術指標。鑑於國內外至今沒 有統一的方法與標準，對於PDC的鑽鑿、磨損及抗衝擊特性進行測試的實際情 況，設計了一種使用微型PDC模擬鑽頭，對巖石進行鑽進和磨銑試驗，測定PDC 鑽鑿、磨損及抗衝擊特性的試驗裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種在室內給定條件下，使用微型PDC模擬鑽頭對巖 石進行鑽進和磨銑的試驗，測量、記錄試驗過程中的相關數據及參數，對PDC 的鑽鑿、磨損及抗衝擊特性進行測定的試驗裝置。
為了達到上述目的，本發明的PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，它是由機架、 模擬鑽柱、模擬鑽頭、進水口、巖樣夾持系統、載荷加載系統、旋轉系統、數 據採集器、計算機及控制臺等部分組成，其特徵是模擬鑽柱及模擬鑽頭、巖樣夾持系統、載荷加載系統、旋轉系統安裝在機架上；旋轉系統、巖樣夾持系統、 載荷加載系統等都安裝有傳感器且通過屏蔽信號線與數據採集器及計算機相 連，控制臺與計算機及旋轉裝置、巖樣夾持系統、載荷加載系統等通過控制線 連接。模擬鑽頭安裝在模擬鑽柱下端，模擬鑽頭端部可以根據實驗需要更換不 同的PDC齒進行實驗；模擬鑽柱中間有內孔，由進水口輸入的水可以從模擬鑽 頭上的水眼流出。旋轉系統中裝有扭矩傳感器、轉速傳感器，巖樣夾持系統中 裝有位移傳感器，載荷加載系統中裝有載荷傳感器，各系統中的傳感器通過屏 蔽信號線與數據採集器及計算機進行聯接。旋轉系統由異步電動機、液壓比例 變量泵、液壓控制元件及其循環管路和變量液壓馬達組成；載荷加載系統由異 步電動機、液壓比例變量泵、液壓控制元件及其循環管路和液缸、活塞組成， 與計算機相連的控制臺輸出的控制線分別與載荷加載系統中的電機及旋轉裝置 中的電機聯接。
本發明所述的PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，在室內給定條件下可使用微型 PDC模擬鑽頭對巖石進行鑽進和磨銑的試驗，測量、記錄試驗過程中的相關數 據及參數，優點是可以真實地反映PDC作為切削齒，在受力與旋轉並伴有無規 律振動、衝擊狀態下，鑽鑿地層巖石所具有的工程綜合特性指標。


圖1. PDC鑽鑿特性測定試驗裝置示意圖
具體實施方式
參照附圖l，將詳細敘述本發明的具體實施方案。
在圖1中，模擬鑽柱3及模擬鑽頭4、巖樣夾持系統5、載荷加載系統6、 旋轉系統7安裝在機架1上；旋轉系統7中的扭矩傳感器、轉速傳感器通過屏 蔽信號線與數據採集器8及計算機10相連，巖樣夾持系統5中的位移傳感器通過屏蔽信號線與數據採集器8相連，載荷加載系統6中的載荷傳感器通過屏蔽
信號線與數據採集器8相連。另外，與計算機10相連的控制臺9輸出的控制線 分別可以控制載荷加載系統6、旋轉系統7中的電機啟動。
本發明在實驗過程中，模擬鑽頭4前端可以根據實驗需要，更換不同的PDC 齒進行實驗，將模擬鑽頭安裝到模擬鑽柱3下端;用巖樣夾持系統5將實驗用 巖樣11夾緊，啟動旋轉系統7 ，可根據試驗需要改變鑽柱3的轉動速度進行試 驗；實驗過程中載荷加載系統6可以託舉巖樣11，根據試驗需要為其提供實驗 過程中的不同鑽壓。實驗時，自來水由進水口2進入模擬鑽柱3內孔，通過自 來水為模擬鑽頭4及試驗PDC齒降溫，同時可以清潔巖樣11上的巖屑。實驗過 程中，模擬鑽柱3的旋轉速度、載荷加載系統6提供的載荷、巖樣夾持系統5 的位移等參數，都通過各自的傳感器被採集器8收集，存入計算機10中。實驗 過程由計算機10採用程序來控制完成。通過試驗採集到的數據，可以對PDC 的鑽鑿、磨損及抗衝擊特性進行全面的評價。
權利要求
1、PDC鑽鑿特性測定試驗裝置由機架(1)、模擬鑽柱(3)、模擬鑽頭(4)、進水口(2)、巖樣夾持系統(5)、載荷加載系統(6)、旋轉系統(7)、數據採集器(8)、計算機(10)及控制臺(9)等部分組成，其特徵是模擬鑽柱(3)及模擬鑽頭(4)、巖樣夾持系統(5)、載荷加載系統(6)、旋轉系統(7)安裝在機架(1)上；旋轉系統(7)、巖樣夾持系統(5)、載荷加載系統(6)等都安裝有傳感器且通過屏蔽信號線與數據採集器(8)及計算機(10)相連，控制臺(9)與計算機(10)及旋轉裝置(7)、巖樣夾持系統(5)、載荷加載系統(6)等通過控制線連接。
2、 根據權利要求1所述的PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，其特徵是模擬鑽頭 (4)安裝在模擬鑽柱(3)下端，模擬鑽頭(4)端部可以根據實驗需要更換不同的PDC齒進行實驗；模擬鑽柱(3)中間有內孔，由進水口 (2)輸入的 水可以從模擬鑽頭(4)上的水眼流出。
3、 根據權利要求1所述的PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，其特徵是旋轉系統 (7)中裝有扭矩傳感器、轉速傳感器，巖樣夾持系統中(5)裝有位移傳感器，載荷加載系統(6)中裝有載荷傳感器，各系統中的傳感器通過屏蔽信號線與數 據採集器(8)及計算機(9)進行聯接。
4、 根據權利要求1所述的PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，其特徵是旋轉系統 (7)由異步電動機、液壓比例變量泵、液壓控制元件及其循環管路和變量液壓馬達組成；載荷加載系統(6)由異步電動機、液壓比例變量泵、液壓控制元件 及其循環管路和液缸、活塞組成，與計算機(10)相連的控制臺(9)輸出的控 制線分別與載荷加載系統(6)中的電機及旋轉裝置(7)中的電機聯接。
全文摘要
PDC鑽鑿特性測定試驗裝置，由機架、模擬鑽柱、模擬鑽頭、進水口、巖樣夾持系統、載荷加載系統、旋轉系統、數據採集器、計算機及控制臺等部分組成，其特徵是模擬鑽柱及鑽頭、巖樣夾持系統、載荷加載系統、旋轉系統安裝在機架上；旋轉系統、巖樣夾持系統、載荷加載系統等都由屏蔽信號線與數據採集器及計算機相連，控制臺與計算機及旋轉系統、巖樣夾持系統、載荷加載系統等通過控制線連接。該發明可使用微型PDC模擬鑽頭對巖石進行鑽進和磨銑的試驗，優點是可以真實地反映試驗用PDC作為切削齒，在受力與旋轉並伴有無規律振動、衝擊狀態下鑽鑿地層巖石所具有的工程綜合特性指標。
文檔編號G01N19/00GK101539507SQ20091011893
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者張建政, 李祖奎, 靜 燕, 王敏生, 王明瑞, 趙秀菊 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院