本發(fā)明涉及油氣開發(fā)模擬鉆井試驗(yàn)，具體而言，涉及一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)家對(duì)油氣資源的需求日益嚴(yán)峻，油氣開采逐漸伸向深層或超深地層，據(jù)調(diào)研，鉆井深度越深，鉆井環(huán)境就越復(fù)雜，對(duì)鉆井工具的要求也越高，然而pdc鉆頭作為當(dāng)前重要的鉆井工具，面對(duì)復(fù)雜的鉆井環(huán)境，pdc鉆頭逐漸向個(gè)性化方向發(fā)展。

2、對(duì)pdc鉆頭進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過單齒破巖試驗(yàn)來確定布齒參數(shù)，由于試驗(yàn)裝置測(cè)試的準(zhǔn)確性是保障pdc鉆頭破巖效果的重要途經(jīng)，所以保障試驗(yàn)裝置試驗(yàn)的準(zhǔn)確性是當(dāng)前亟需解決的困難。

3、目前的pdc齒破巖試驗(yàn)裝置主要分為直線刮切破巖和旋轉(zhuǎn)刮切破巖，由于單純的直線刮切不能完全模擬井下真實(shí)的旋轉(zhuǎn)破巖過程，而單純的旋轉(zhuǎn)刮切破巖在試驗(yàn)時(shí)不能保證巖石處于水平狀態(tài)，導(dǎo)致得到的參數(shù)波動(dòng)過大，從而影響數(shù)據(jù)精度，因此，單純的直線刮切破巖和旋轉(zhuǎn)刮切破巖均不能準(zhǔn)確的測(cè)試出鉆井參數(shù)。

4、有鑒于此，特提出本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是當(dāng)前直線刮切破巖試驗(yàn)裝置不能真實(shí)模擬井下旋轉(zhuǎn)刮切破巖過程，而旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置不能在試驗(yàn)前對(duì)巖石表面進(jìn)行刨平處理而導(dǎo)致精度不高，本發(fā)明目的在于提供一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，將直線刮切破巖方式和旋轉(zhuǎn)刮切破巖方式相結(jié)合，不僅能進(jìn)行單齒直線刮切破巖試驗(yàn)，也能進(jìn)行單齒或多齒旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)，在真實(shí)模擬井下旋轉(zhuǎn)破巖過程的同時(shí)，也能保證試驗(yàn)精度，為高效破巖鉆頭的設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，包括巖石移動(dòng)裝置、鉆壓和吃深供給裝置、齒旋轉(zhuǎn)裝置和齒直線移動(dòng)裝置；

4、所述鉆壓和吃深供給裝置安裝在巖石移動(dòng)裝置上，用于向pdc齒提供試驗(yàn)所需鉆壓或吃深；

5、所述巖石移動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)鉆壓和吃深供給裝置在水平方向移動(dòng)；

6、所述齒旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在鉆壓和吃深供給裝置的上方，齒旋轉(zhuǎn)裝置與水平設(shè)置的齒直線移動(dòng)裝置垂直相連，齒旋轉(zhuǎn)裝置底部設(shè)置有pdc齒夾具；

7、所述齒直線移動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)齒旋轉(zhuǎn)裝置沿著與鉆壓和吃深供給裝置移動(dòng)方向垂直的水平方向做直線運(yùn)動(dòng)，所述齒旋轉(zhuǎn)裝置用于驅(qū)動(dòng)pdc齒在水平方向上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

8、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置將直線刮切破巖方式和旋轉(zhuǎn)刮切破巖方式相結(jié)合，不僅能進(jìn)行單齒直線刮切破巖試驗(yàn)，也能進(jìn)行單齒或多齒旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)，在真實(shí)模擬井下旋轉(zhuǎn)破巖過程的同時(shí)，也能保證試驗(yàn)精度，為高效破巖鉆頭的設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

9、進(jìn)一步，還包括工作臺(tái)和電腦，巖石移動(dòng)裝置和齒直線移動(dòng)裝置通過螺栓安裝在工作臺(tái)表面上，所述電腦通過橡膠電纜分別與巖石移動(dòng)裝置、鉆壓和吃深供給裝置、齒旋轉(zhuǎn)裝置、齒直線移動(dòng)裝置連接。

10、進(jìn)一步，所述巖石移動(dòng)裝置包括水平導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上安裝有移動(dòng)載體，減速器一和電機(jī)一均通過螺栓與移動(dòng)載體固定連接，減速器一和電機(jī)一之間通過聯(lián)軸器連接，齒輪安裝在減速器一下部，導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)壁上安裝有齒條，移動(dòng)載體的底面安裝有與齒條嚙合的齒輪，所述齒輪通過減速器一與電機(jī)一相連，電機(jī)一驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)使齒輪沿著齒條做水平運(yùn)動(dòng)從而驅(qū)動(dòng)移動(dòng)載體在水平方向移動(dòng)，導(dǎo)軌的兩端通過螺栓安裝有導(dǎo)軌擋板。

11、進(jìn)一步，所述鉆壓和吃深供給裝置安裝在移動(dòng)載體上，包括液壓裝置、巖石夾具和巖石，液壓裝置與巖石夾具通過螺栓連接，巖石固定在巖石夾具上，液壓裝置能夠驅(qū)動(dòng)巖石向上運(yùn)動(dòng)以向pdc齒提供試驗(yàn)所需鉆壓或吃深。

12、進(jìn)一步，所述巖石夾具包括夾具主體、彈性墊片、移動(dòng)塊、扳手、軸承一和固定塊，夾具主體的內(nèi)側(cè)設(shè)置有多個(gè)彈性墊片，彈性墊片與夾具主體之間設(shè)置有移動(dòng)塊，移動(dòng)塊安裝在固定塊上，所述固定塊設(shè)置在夾具主體表面的滑槽中，扳手穿過夾具主體與移動(dòng)塊并與移動(dòng)塊之間螺紋連接，通過轉(zhuǎn)動(dòng)扳手能夠推動(dòng)固定塊、移動(dòng)塊和彈性墊片朝向正對(duì)設(shè)置彈性墊片所在方向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)巖石的夾持，其中固定塊通過滑槽限位，能夠防止移動(dòng)塊在移動(dòng)過程中上下晃動(dòng)；軸承一設(shè)置在扳手與夾具主體的連接處，用于對(duì)扳手起到支撐作用；其中扳手與軸承一內(nèi)部為過盈配合，與夾具主體為間隙配合。

13、進(jìn)一步，所述齒旋轉(zhuǎn)裝置包括從上至下依次連接的電機(jī)二、減速器二、傳感器和參數(shù)調(diào)節(jié)裝置，所述參數(shù)調(diào)節(jié)裝置包括齒距調(diào)節(jié)部件和后傾角調(diào)節(jié)部件，齒距調(diào)節(jié)部件上開設(shè)有調(diào)節(jié)安裝條孔，后傾角調(diào)節(jié)部件的上端通過螺栓連接在調(diào)節(jié)安裝條孔上，下端與pdc齒夾具相連。

14、進(jìn)一步，所述后傾角調(diào)節(jié)部件包括初始后傾角調(diào)節(jié)部件、后傾角增大調(diào)節(jié)部件和后傾角減小調(diào)節(jié)部件。

15、進(jìn)一步，所述齒直線移動(dòng)裝置包括絲桿和電機(jī)三，絲桿的前端與齒旋轉(zhuǎn)裝置相連，電機(jī)三驅(qū)動(dòng)絲桿進(jìn)而帶動(dòng)齒旋轉(zhuǎn)裝置水平運(yùn)動(dòng)。

16、進(jìn)一步，所述絲桿包括螺桿、軸承二、絲桿外殼和伸出桿，絲桿外殼兩端開口，伸出桿套設(shè)在絲桿外殼內(nèi)，伸出桿的一端內(nèi)螺紋連接有螺桿，螺桿的端部伸出絲桿外殼端部與電機(jī)三相連，伸出桿的另一端伸出絲桿外殼端部與齒旋轉(zhuǎn)裝置相連；其中所述絲桿中的螺桿與軸承二內(nèi)部為過盈配合，軸承二外部與絲桿外殼內(nèi)部為過盈配合，絲桿外殼內(nèi)部與伸出桿表面為間隙配合。

17、本發(fā)明在進(jìn)行pdc單齒直線刮切破巖試驗(yàn)時(shí)，電腦控制齒旋轉(zhuǎn)裝置保持固定，僅通過齒直線移動(dòng)裝置進(jìn)行直線刮切，在此過程中，通過巖石移動(dòng)裝置改變破巖刮切軌跡，通過鉆壓和吃深供給裝置提供試驗(yàn)所需鉆壓或吃深；

18、在進(jìn)行pdc齒旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)時(shí)，電腦控制齒直線移動(dòng)裝置和巖石移動(dòng)裝置固定在合適位置，使齒旋轉(zhuǎn)裝置停留在巖石正上方，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)，在此過程中，通過鉆壓和吃深供給裝置提供試驗(yàn)所需鉆壓或吃深；

19、由于本發(fā)明具有齒直線移動(dòng)裝置，因此能在旋轉(zhuǎn)刮切破巖之前通過單齒直線刮切對(duì)巖石表面進(jìn)行刨平處理，從而保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，也可根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行多顆pdc齒聯(lián)合旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)，只需要在齒距調(diào)節(jié)部件上并排安裝多個(gè)后傾角調(diào)節(jié)部件，即可開展多顆pdc齒聯(lián)合旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

21、1、本發(fā)明提出一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，將直線刮切破巖方式和旋轉(zhuǎn)刮切破巖方式相結(jié)合，不僅能進(jìn)行單齒直線刮切破巖試驗(yàn)，也能進(jìn)行單齒或多齒旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)，更加真實(shí)的模擬井下旋轉(zhuǎn)破巖過程并保證了試驗(yàn)準(zhǔn)確性；

22、2、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，相較于現(xiàn)有單齒旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，本發(fā)明能在旋轉(zhuǎn)刮切破巖之前通過單齒直線刮切對(duì)巖石表面進(jìn)行刨平處理，從而保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；

23、3、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，也可根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行多顆pdc齒聯(lián)合旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)；

24、4、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種適用于pdc單齒直線和旋轉(zhuǎn)刮切破巖試驗(yàn)裝置，通過配置不同后傾角調(diào)節(jié)部件，同時(shí)各部件之間采用螺栓連接，因此可以采用手動(dòng)控制螺栓方式進(jìn)行后傾角、齒側(cè)轉(zhuǎn)角、齒到鉆頭中心線距離的調(diào)節(jié)，保證了試驗(yàn)參數(shù)的準(zhǔn)確性。