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1、(10)授权公告号 CN 202544844 U(45)授权公告日 2012.11.21CN202544844U*CN202544844U*(21)申请号 201220101686.X(22)申请日 2012.03.16E21B 49/00(2006.01)E21B 44/00(2006.01)(73)专利权人中国石油天然气集团公司地址 100007 北京市东城区东直门北大街9号专利权人中国石油集团钻井工程技术研究院(72)发明人邹灵战 崔龙连 汪海阁 黄洪春张富城 王灵碧 陈志学(74)专利代理机构北京三高永信知识产权代理有限责任公司 11138代理人滕一斌(54) 实用新型名称测定岩石可钻。
2、性及钻井参数敏感性的试验仪(57) 摘要本实用新型公开了一种测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪，包括工作台、微钻头和驱动机构，所述微钻头设置于所述工作台的下方，所测岩石固定于所述工作台上并置于所述微钻头的正上方，所述驱动机构驱动所述微钻头的主轴旋转，所述试验仪还包括钻压加载机构和测量装置，所述钻压加载机构包括油泵、砝码式蓄能器和加载油缸，所述微钻头的主轴下端通过轴承与所述加载油缸的柱塞上端相接触，所述砝码式蓄能器分别与所述油泵、加载油缸通过油路连接，所述测量装置用于测量所述微钻头的钻深、钻速及钻时；通过改变钻头、钻压和钻速，可实现对地层岩石可钻性及钻井参数敏感性的测定，为钻头选型、钻井参数。
3、优化提供依据。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页1/1页21.一种测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪，包括工作台、微钻头和驱动机构，所述微钻头设置于所述工作台的下方，所测岩石固定于所述工作台上并置于所述微钻头的正上方，所述驱动机构驱动所述微钻头的主轴旋转，其特征在于，所述试验仪还包括钻压加载机构和测量装置，所述钻压加载机构包括油泵、砝码式蓄能器和加载油缸，所述微钻头的主轴下端通过轴承与所述加载油缸的柱塞上端相接触，所述砝码式蓄能器分别与所述油泵、加载油缸通过油路连。
4、接，所述测量装置用于测量所述微钻头的钻深、钻速及钻时。2.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、涡轮蜗杆、主轴套筒和变频器，所述变频器与所述驱动电机连接用于调节所述驱动电机的转速，所述主轴套筒套置于所述微钻头的主轴外侧，二者通过轴承键实现同步旋转连接，所述驱动电机通过涡轮蜗杆驱动所述主轴套筒旋转。3.根据权利要求1或2所述的试验仪，其特征在于，所述测量装置包括位移传感器、转速器及秒表，分别用于检测微钻头的钻深、钻速和钻时。4.根据权利要求3所述的试验仪，其特征在于，所述位移传感器为LVDT式位移传感器。5.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，所述砝码式蓄能器包括。
5、重锤蓄能器和钻压砝码组成，所述重锤蓄能器分别与所述油泵、加载油缸通过油路连接，所述钻压砝码设置于所述重锤蓄能器的柱塞上端，用于调节所述微钻头的钻压。6.根据权利要求5所述的试验仪，其特征在于，所述加载油缸的柱塞截面积与所述重锤蓄能器的柱塞截面积的比值为101。权 利 要 求 书CN 202544844 U1/4页3测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪技术领域0001 本实用新型涉及石油天然气勘探开发领域，对地层可钻性进行测定，更具体的讲，涉及一种测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪。背景技术0002 岩石可钻性测定仪是测定石油钻井工程中岩石可钻性级值的专用仪器。0003 其中，中国专利文献。
6、CN1138134公开了一种测量地层岩石可钻性的测试方法，钻井井口取得随泥浆带出的钻井岩屑，将岩屑干燥后，筛分出合适粒度的岩屑作为测试样品，称23克岩屑为一份测试样品装入料筒，压好压棒，利用实验压力机对其自动施加压力，将岩屑压碎，并利用函数记录仪记录位移压力关系曲线，最后利用位移和压力之间的关系，就可计算出地层岩石的可钻性参数。0004 中国专利文献CN85205092公开了一种岩石可钻性测定仪，由传动机构，冲击机构，加压机构，钻头部分和岩石夹持筒等组成，该仪器可用来模拟冲击钻、回转钻、冲击回转钻、测定各类岩石的可钻性指标，还可用空白钻头测定岩石的研磨性。0005 中国专利文献CN102011。
7、582A公开了一种地层条件下岩石可钻性测试仪，包括夹持机构、压力平衡机构和动力机构，夹持机构设置在压力平衡机构下端，动力机构设置在压力平衡机构和夹持机构内。夹持机构由夹持器釜体、锥套、橡胶套、上柱塞和下柱塞组成；压力平衡机构由井筒压力釜体、钻压釜体和钻压活塞组成；动力机构由电机、减速器、犬齿冲击器和钻杆组成。它采用机电一体化的结构，能够模拟地层条件下的温度、围压、孔隙压力和井筒泥浆压力进行真实准确的岩石可钻性测试，对地层上覆围压、孔隙压力和泥浆井筒压力可以模拟到90MPa以上，对于钻井施工具有更为实际的指导意义。0006 上述的专利文献中所公开的测定仪能够测定岩石的可钻性，包括牙轮钻头可钻性和。
8、PDC钻头可钻性级值，但是不能反映出破岩过程中钻井参数的影响，实际上钻压和转速参数，对破岩效率的影响很大，通过测定钻压参数的敏感性、转速参数敏感性进行测定，对指导钻头选型、提高机械钻速、保证井下安全和生产管理等方面都有十分重要的意义，因此对于从事钻井工程的钻井公司、钻头制造厂、高等院校和科研单位都是不可或缺的测试装置。实用新型内容0007 为了实现对地层岩石可钻性及钻井参数敏感性的测定，为钻头选型、钻井参数优化提供依据，本实用新型提供了一种测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪。0008 所述技术方案如下：0009 一种测定岩石可钻性及钻井参数敏感性的试验仪，包括工作台、微钻头和驱动机构，所述。
9、微钻头设置于所述工作台的下方，所测岩石固定于所述工作台上并置于所述微钻头的正上方，所述驱动机构驱动所述微钻头的主轴旋转，其特征在于，所述试验仪还包括钻压加载机构和测量装置，所述钻压加载机构包括油泵、砝码式蓄能器和加载油缸，所述微钻说 明 书CN 202544844 U2/4页4头的主轴下端通过轴承与所述加载油缸的柱塞上端相接触，所述砝码式蓄能器分别与所述油泵、加载油缸通过油路连接，所述测量装置用于测量所述微钻头的钻深、钻速及钻时。0010 所述驱动机构包括驱动电机、涡轮蜗杆、主轴套筒和变频器，所述变频器与所述驱动电机连接用于调节所述驱动电机的转速，所述主轴套筒套置于所述微钻头的主轴外侧，二者通。
10、过轴承键实现同步旋转连接，所述驱动电机通过涡轮蜗杆驱动所述主轴套筒旋转。0011 所述测量装置包括位移传感器、转速器及秒表，分别用于检测微钻头的钻深、钻速和钻时。0012 优选，所述位移传感器为LVDT式位移传感器。0013 所述砝码式蓄能器包括重锤蓄能器和钻压砝码组成，所述重锤蓄能器分别与所述油泵、加载油缸通过油路连接，所述钻压砝码设置于所述重锤蓄能器的柱塞上端，用于调节所述微钻头的钻压。0014 优选，所述加载油缸的柱塞截面积与所述重锤蓄能器的柱塞截面积的比值为101。0015 本实用新型提供的技术方案的有益效果是：0016 通过对采自地层的岩石样品两端车平，夹持在台架上，更换微钻头，可以。
11、测定牙轮钻头和PDC钻头的可钻性；固定变频器的频率和钻压砝码，可以测定岩石的可钻性；固定变频器的频率，改变钻压砝码，可以测定钻井破岩的钻压参数敏感性；固定钻压砝码，改变变频器的频率，可以测定钻井破岩的转速敏感性。本实用新型在实现对岩石可钻性的测定功能的基础上，实现了对钻井参数敏感性的测定，反映了破岩过程中钻压参数和转速参数对钻时的影响，试验结果能够指导钻头选型优化、钻井参数优选，为钻井提速提供了室内试验依据。附图说明0017 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技。
12、术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0018 图1是本实用新型所提供的岩石可钻性试验仪结构图；0019 图2是微钻头可钻性测定结果柱状图；0020 图3是钻压参数的敏感性测定结果曲线图；0021 图4是转速参数的敏感性测定结果曲线图。0022 图中：0023 1-岩石；2-微钻头；3-岩屑盘；4-蜗轮蜗杆；5-轴承键；6-主轴；0024 7-变频器；8-球形座；9-加载油缸；10-位移传感器；11-手压泵；0025 12-重锤蓄能器；13-钻压砝码；14-驱动电机；15-联轴器；0026 16-工作台；17-压紧丝杠；18-主轴套筒。具体实施方式0027 。
13、为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新说 明 书CN 202544844 U3/4页5型实施方式作进一步地详细描述。0028 如图1所示，本实用新型所提供的试验仪由微钻头2、工作台16、驱动机构、钻压加载机构及测量装置等组成，微钻头2设置于工作台16的下方，微钻头2的下方设有岩削盘3，用于收集微钻头2所钻下的岩削，所测岩石1通过压紧丝杠17固定于工作台16上，且岩石1置于微钻头2的正上方，驱动机构驱动微钻头2的主轴6旋转。0029 其中的钻压加载机构包括油泵、砝码式蓄能器和加载油缸9，这里的油泵为手压泵11，微钻头2的主轴6下端通过轴承与加载油缸9的柱塞上端相接。
14、触，砝码式蓄能器包括重锤蓄能器12和钻压砝码13组成，重锤蓄能器12分别与手压泵11、加载油缸9通过油路连接，钻压砝码13设置于重锤蓄能器12的柱塞上端，用于调节微钻头2的钻压；其中的测量装置包括位移传感器10、转速器及秒表，分别用于检测微钻头2的钻深、钻速和钻时，其中，位移传感器10为LVDT式位移传感器。0030 驱动机构包括驱动电机14、涡轮蜗杆4、主轴套筒18和变频器7，变频器7与驱动电机14连接用于调节驱动电机14的转速，主轴套筒18套置于微钻头2的主轴6外侧，二者通过轴承键5实现同步旋转连接，驱动电机14通过联轴器15与涡轮蜗杆4连接，涡轮蜗杆4与主轴套筒18相连接，通过驱动电机1。
15、4间接驱动主轴套筒18旋转。0031 手压泵11产生油压使重锤蓄能器12的柱塞浮起，这时系统压力由砝码13保持恒定。为保持主轴6的稳定旋转，在加载油缸9的柱塞上端设置一球形座8，恒定压力经加载油缸9和球形座8及推力球轴承给主轴6和微钻头2施加钻压。加载油缸的柱塞面积与砝码式蓄能器的柱塞面积比为101，故砝码13的重量是所需要的钻压的十分之一，当然二者的柱塞面积也可以采用其他比例。0032 采用砝码恒定压力液压加载，钻压波动标准差在50N以内。时间显示测量范围：0-9.99mm，测量精度1ms1位数。级值显示范围：0-10级，显示精度0.01级(注：微钻时取以2为底的对数即为级值)。钻深显示测量。
16、范围：0-9.99mm，测量精度0.5FS，显示精度0.01mm。采用LVDT式位移传感器测量钻深，由计算机完成数据采集，并具有数据处理、数字显示和操作控制等功能，能实现控制电动机和数据采集同步启动和到规定钻深时自动停钻和显示微钻时或级值功能。0033 (1)牙轮钻头岩石可钻性测定：0034 调节钻压89010N，转速551r/min，预钻深0.4mm，工作钻深2.4mm，记录下所耗用的钻时t(S)，用公式Kdlog2t计算得到牙轮钻头可钻性级值。0035 (2)PDC钻头岩石可钻性测定：0036 调节钻压50010N，转速551r/min，预钻深1mm，工作钻深3mm，记录下所耗用的钻时t(。
17、S)，用公式Kpdclog2t计算得到PDC钻头可钻性级值。0037 微钻头可钻性测定结果见图2，对比牙轮和PDC可钻性结果，选用PDC钻头比牙轮钻头更有利于破岩。0038 (3)钻压参数的敏感性测定：0039 固定变频器调节获得55rpm的转速，调节钻压在400、600、800、1000、1200N几个级别变化，预钻深0.4mm，工作钻深2.4mm，记录下所耗用的钻时t(S)，得到一组牙轮钻头破岩对钻压参数的敏感性试验数据；0040 固定变频器获得55rpm的转速，调节钻压在200、400、600、800、1000N几个级别变说 明 书CN 202544844 U4/4页6化，预钻深1mm，。
18、工作钻深3mm，记录下所耗用的钻速t(S)，得到已钻PDC钻头破岩对钻压参数的敏感性试验数据。0041 图3是钻压参数的敏感性测定，反映了PDC钻头比牙轮钻头低50的钻压下破岩效率比牙轮钻头更高，获得更快的机械钻速。0042 (4)转速参数的敏感性测定：0043 固定钻压890N，调节变频器不同频率，获得电机转速20、40、60、80、100rpm的转速，预钻深0.4mm，工作钻深2.4mm，记录下所耗用的钻时t(S)，得到一组牙轮钻头破岩对转速参数的敏感性试验数据。0044 固定钻压500N，调节变频器不同频率，获得电机转速20、40、60、80、100rpm的转速，预钻深1mm，工作钻深3。
19、mm，记录下所耗用的钻时t(S)，得到一组PDC钻头破岩对转速参数的敏感性试验数据。0045 图4是转速参数的敏感性测定，反映了PDC钻头在提高转速的条件下，破岩效率比牙轮钻头更高。0046 参数敏感性测定结果反映了更为丰富的信息，对钻井参数的优选提供了依据。0047 上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。0048 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。说 明 书CN 202544844 U1/2页7图1图2说 明 书 附 图CN 202544844 U2/2页8图3图4说 明 书 附 图CN 202544844 U。