一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法,其中機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置的主機(jī)架通過(guò)兩立柱設(shè)置在橫梁與底座之間構(gòu)成,升降臺(tái)設(shè)置在兩立柱間并與立柱滑動(dòng)連接,十字滑臺(tái)設(shè)置在升降臺(tái)上,十字滑臺(tái)上安裝四爪卡盤,巖樣固定在四爪卡盤上,十字滑臺(tái)連接電機(jī),位移傳感器設(shè)置在升降臺(tái)與橫梁之間,液壓油缸的活塞桿從底座穿出,液壓油缸活塞桿上端連接載荷傳感器并頂在十字滑臺(tái)底部;液壓馬達(dá)連接液壓泵,液壓馬達(dá)通過(guò)聯(lián)軸器分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和鉆桿;位移傳感器、載荷傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有控制系統(tǒng)。本發(fā)明可以模擬高鉆壓和高扭矩的全尺寸切削齒破巖過(guò)程、巖石研磨性試驗(yàn)及微鉆頭破巖過(guò)程,測(cè)定和評(píng)價(jià)鉆頭鉆鑿性能與質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及主要應(yīng)用在巖石力學(xué)工程、石油工程及采礦工程等領(lǐng)域的切削破巖模擬裝置,具體涉及一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油是一種人們?nèi)粘I钪衅胀ǖ纳唐?,更是一種極其重要的戰(zhàn)略資源。近年,國(guó)家頒布了相關(guān)政策與法規(guī),將大力推進(jìn)深部和外圍找礦。鉆探是深部地質(zhì)找礦工作中不可替代的技術(shù)手段,而巖石破碎機(jī)理研究是鉆探專業(yè)重要的基礎(chǔ)理論研究方向之一至今一直處于探索階段。為了深入了解鉆頭破巖的內(nèi)在機(jī)理,提高人為對(duì)鉆頭破巖速度的控制能力,亟需對(duì)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及理論研究。
[0003]目前,國(guó)內(nèi)外的鉆頭試驗(yàn)設(shè)備功能不完善,通常由人工操作裝有各種控件的操作控制臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的控制,自動(dòng)化程度低,特別是測(cè)試系統(tǒng)采用傳統(tǒng)硬件化測(cè)量?jī)x器采集試驗(yàn)過(guò)程的信號(hào),功能單一、擴(kuò)展功能局限性大以及硬件成本高等。隨著石油鉆井深度的增加和地層巖石的復(fù)雜化,根據(jù)不同地層巖石特點(diǎn)設(shè)計(jì)和開發(fā)特性鉆頭的研究工作更加迫切,鉆頭試驗(yàn)測(cè)試的重要性顯得更加突出,現(xiàn)有鉆頭試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)很顯然達(dá)不到高性能鉆頭試驗(yàn)測(cè)試的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法,這種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置用于解決目前鉆頭試驗(yàn)設(shè)備功能不完善、自動(dòng)化程度低的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:這種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)架、液壓馬達(dá)、鉆桿、液壓油缸、十字滑臺(tái)、四爪卡盤、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、控制柜,主機(jī)架通過(guò)兩立柱設(shè)置在橫梁與底座之間構(gòu)成,兩立柱具有滑道,升降臺(tái)設(shè)置在兩立柱間并與立柱滑動(dòng)連接,十字滑臺(tái)設(shè)置在升降臺(tái)上,十字滑臺(tái)上安裝四爪卡盤,巖樣固定在四爪卡盤上,十字滑臺(tái)連接電機(jī),位移傳感器設(shè)置在升降臺(tái)與橫梁之間,液壓油缸固定在底座下面,液壓油缸的活塞桿從底座穿出,液壓油缸活塞桿上端連接載荷傳感器并頂在十字滑臺(tái)底部;液壓馬達(dá)固定在橫梁上,液壓馬達(dá)連接液壓泵,液壓馬達(dá)通過(guò)聯(lián)軸器分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和鉆桿,鉆桿連接鉆頭,鉆頭與巖樣相對(duì)應(yīng)設(shè)置;位移傳感器、載荷傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)通過(guò)控制柜分別控制液壓泵、液壓馬達(dá)、電機(jī)。
[0006]上述方案中液壓泵設(shè)置在泵站內(nèi)。
[0007]上述方案機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法:
(I)根據(jù)需要準(zhǔn)備巖樣。
[0008](2)通過(guò)控制柜將十字滑臺(tái)降低到最低位置,用活動(dòng)扳手把巖樣夾在四爪卡盤上。
[0009](3)開啟液壓泵,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或控制柜調(diào)節(jié)十字滑臺(tái),調(diào)整巖樣位置,確定鉆孔位置。
[0010](4)控制油缸將十字滑臺(tái)升至適當(dāng)高度,讓巖樣頂住鉆頭,開啟控制系統(tǒng),設(shè)定合適鉆壓。
[0011](5)通過(guò)控制柜啟動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所需轉(zhuǎn)速。
[0012](6)通過(guò)控制系統(tǒng)界面設(shè)定鉆速及其他參數(shù),開啟水循環(huán),連接位移傳感器,防護(hù)罩,開始實(shí)驗(yàn)。
[0013](7)鉆進(jìn)完成后,液壓馬達(dá)自動(dòng)降低至最低轉(zhuǎn)速,油缸自動(dòng)下行,使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng),停止水循環(huán),實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于采用的液壓馬達(dá)所提供的扭矩大,可以模擬高鉆壓和高扭矩的全尺寸切削齒破巖過(guò)程、巖石研磨性試驗(yàn)及微鉆頭破巖過(guò)程。利用精密測(cè)試技術(shù)全程測(cè)量、記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及技術(shù)參數(shù),以期通過(guò)對(duì)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理并建立相應(yīng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,以此來(lái)測(cè)定和評(píng)價(jià)鉆頭鉆鑿性能與質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1泵站 2馬達(dá) 3立柱 4四爪卡盤 5十字滑臺(tái) 6扶正套7鉆桿 8油缸 9控制柜 10橫梁 11位移傳感器 12底座 13數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14載荷傳感器 15轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀16計(jì)算機(jī)17巖樣。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]如圖1所示,這種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)架、液壓馬達(dá)2、鉆桿7、扶正套6、液壓油缸8、十字滑臺(tái)5、四爪卡盤4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13、計(jì)算機(jī)16、控制柜9,主機(jī)架通過(guò)兩立柱3設(shè)置在橫梁10與底座12之間構(gòu)成,兩立柱3具有滑道,升降臺(tái)設(shè)置在兩立柱3間并與立柱3滑動(dòng)連接,十字滑臺(tái)5設(shè)置在油缸活塞上,十字滑臺(tái)5上安裝四爪卡盤4,巖樣17固定在四爪卡盤4上,十字滑臺(tái)5連接電機(jī),位移傳感器11設(shè)置在升降臺(tái)與橫梁10之間,液壓油缸8固定在底座12下面,油缸的活塞桿從底座12穿出,油缸活塞桿上端連接載荷傳感器14并頂在十字滑臺(tái)5底部;十字滑臺(tái)5通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)前后左右四個(gè)方向上的位置調(diào)整。液壓馬達(dá)2固定在橫梁10上,液壓馬達(dá)2連接液壓泵,液壓馬達(dá)2通過(guò)聯(lián)軸器分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀15和鉆桿7,鉆桿7連接鉆頭,鉆桿7連接鉆頭,鉆頭與巖樣17相對(duì)應(yīng)設(shè)置,鉆桿還設(shè)置有扶正套6。
[0019]位移傳感器11、載荷傳感器14、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀15分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13連接計(jì)算機(jī)16,計(jì)算機(jī)16內(nèi)安裝有控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)通過(guò)控制柜9分別控制液壓泵、液壓馬達(dá)、電機(jī)。液壓泵設(shè)置在泵站I內(nèi),泵站I為馬達(dá)提供液壓油,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2旋轉(zhuǎn),為液壓油缸8提供液壓油,驅(qū)動(dòng)液壓油缸8上升下降。
[0020]計(jì)算機(jī)16通控制柜9與電機(jī)連接并控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù),采集的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)。
[0021 ] 本發(fā)明可以采用人工給定參數(shù)控制,也可以計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。
[0022]上述方案機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法: (I)根據(jù)需要準(zhǔn)備巖樣17。
[0023](2)通過(guò)控制柜9將十字滑臺(tái)5降低到最低位置,用活動(dòng)扳手把巖樣夾在四爪卡盤4上。
[0024](3)開啟液壓泵,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或控制柜9調(diào)節(jié)十字滑臺(tái)5,調(diào)整巖樣位置,確定鉆孔位置。
[0025](4)控制液壓油缸8將十字滑臺(tái)5升至適當(dāng)高度,讓巖樣17頂住鉆頭,開啟控制系統(tǒng),設(shè)定合適鉆壓。
[0026](5)通過(guò)控制柜9,啟動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所需轉(zhuǎn)速。
[0027]( 6 )通過(guò)控制系統(tǒng)界面設(shè)定鉆速及其他參數(shù),開啟水循環(huán),連接位移傳感器11,防護(hù)罩,開始實(shí)驗(yàn)。
[0028](7)鉆進(jìn)完成后,液壓馬達(dá)2自動(dòng)降低至最低轉(zhuǎn)速,液壓油缸8自動(dòng)下行,使液壓馬達(dá)2停止轉(zhuǎn)動(dòng),停止水循環(huán),實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:這種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括主機(jī)架、液壓馬達(dá)(2)、鉆桿(7)、液壓油缸(8)、十字滑臺(tái)(5)、四爪卡盤(4)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(13)、計(jì)算機(jī)(16)、控制柜(9),主機(jī)架通過(guò)兩立柱(3)設(shè)置在橫梁(10)與底座(12)之間構(gòu)成,兩立柱(3)具有滑道,升降臺(tái)設(shè)置在兩立柱(3)間并與立柱(3)滑動(dòng)連接,十字滑臺(tái)(5)設(shè)置在升降臺(tái)上,十字滑臺(tái)(5)上安裝四爪卡盤(4),巖樣(17)固定在四爪卡盤(4)上,十字滑臺(tái)(5)連接電機(jī),位移傳感器(11)設(shè)置在升降臺(tái)與橫梁(10)之間,液壓油缸(8)固定在底座(12)下面,液壓油缸(8)的活塞桿從底座(12)穿出,液壓油缸活塞桿上端連接載荷傳感器(14)并頂在十字滑臺(tái)(5)底部;液壓馬達(dá)(2)固定在橫梁(10)上,液壓馬達(dá)(2)連接液壓泵,液壓馬達(dá)(2)通過(guò)聯(lián)軸器分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀(15)和鉆桿(7),鉆桿(7)連接鉆頭,鉆頭與巖樣(17)相對(duì)應(yīng)設(shè)置;位移傳感器(11)、載荷傳感器(14)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀(15)分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(13),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(13)連接計(jì)算機(jī)(16),計(jì)算機(jī)(16)內(nèi)安裝有控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)通過(guò)控制柜(9)分別控制液壓泵、液壓馬達(dá)(2)、電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:所述的液壓泵設(shè)置在泵站(1)內(nèi)。
3.—種權(quán)利要求1所述的機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法,其特征在于:這種機(jī)械破巖實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法: 一、根據(jù)需要準(zhǔn)備巖樣; 二、通過(guò)控制柜將十字滑臺(tái)(5)降低到最低位置,用活動(dòng)扳手把巖樣(17)夾在四爪卡盤(4)上; 三、開啟液壓泵,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或控制柜(9)調(diào)節(jié)十字滑臺(tái)(5),調(diào)整巖樣位置,確定鉆孔位置; 四、控制液壓油缸(8)將十字滑臺(tái)(5)升至適當(dāng)高度,讓巖樣(17)頂住鉆頭,開啟控制系統(tǒng),設(shè)定合適鉆壓; 五、通過(guò)控制柜(9)啟動(dòng)液壓馬達(dá)(2)旋轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所需轉(zhuǎn)速; 六、通過(guò)控制系統(tǒng)界面設(shè)定鉆速及其他參數(shù),開啟水循環(huán),連接位移傳感器(11),防護(hù)罩,開始實(shí)驗(yàn); 七、鉆進(jìn)完成后,液壓馬達(dá)(2)自動(dòng)降低至最低轉(zhuǎn)速,液壓油缸(8)自動(dòng)下行,使液壓馬達(dá)(2 )停止轉(zhuǎn)動(dòng),停止水循環(huán),實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK104237484SQ201410498396
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】李瑋, 李卓倫, 閆鐵, 夏法峰, 紀(jì)照生, 孫文峰 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)