CN101539507A - Pdc钻凿特性测定试验装置 - Google Patents

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王敏生
李祖奎
赵秀菊
燕静
王明瑞
张建政
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Abstract

PDC钻凿特性测定试验装置，由机架、模拟钻柱、模拟钻头、进水口、岩样夹持系统、载荷加载系统、旋转系统、数据采集器、计算机及控制台等部分组成，其特征是模拟钻柱及钻头、岩样夹持系统、载荷加载系统、旋转系统安装在机架上；旋转系统、岩样夹持系统、载荷加载系统等都由屏蔽信号线与数据采集器及计算机相连，控制台与计算机及旋转系统、岩样夹持系统、载荷加载系统等通过控制线连接。该发明可使用微型PDC模拟钻头对岩石进行钻进和磨铣的试验，优点是可以真实地反映试验用PDC作为切削齿，在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击状态下钻凿地层岩石所具有的工程综合特性指标。

Description

PDC钻凿特性测定试验装置
技术领域
本发明涉及一种在室内给定条件下，使用微型PDC模拟钻头对岩石进行钻进和磨铣的试验，对PDC的钻凿、磨损及抗冲击特性进行测试的试验装置。
背景技术
PDC(聚晶金刚石复合片)作为一种在高温、高压条件下人工合成的切削材料，由于其具有极硬、耐磨、自锐等特点，已作为切削齿的主要原料广泛应用于地质勘察、石油勘探开发等以刮切破岩方式为主的破岩工具制造业中。但是目前在PDC钻凿特性的评价方面，还没有真正规范统一的技术指标及规范，国内外的PDC制造商和PDC钻头生产商，也仅是参照磨耗比、抗压强度、抗冲击强度、抗冲击韧性、抗氧化温度及自锐性等单项技术指标来评价PDC的质量。而本发明提出的PDC的钻凿特性，是一反映PDC在受力压入与旋转并伴有无规律振动、冲击状态下，钻凿地层岩石的综合特性技术指标。鉴于国内外至今没有统一的方法与标准，对于PDC的钻凿、磨损及抗冲击特性进行测试的实际情况，设计了一种使用微型PDC模拟钻头，对岩石进行钻进和磨铣试验，测定PDC钻凿、磨损及抗冲击特性的试验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种在室内给定条件下，使用微型PDC模拟钻头对岩石进行钻进和磨铣的试验，测量、记录试验过程中的相关数据及参数，对PDC的钻凿、磨损及抗冲击特性进行测定的试验装置。
为了达到上述目的，本发明的PDC钻凿特性测定试验装置，它是由机架、模拟钻柱、模拟钻头、进水口、岩样夹持系统、载荷加载系统、旋转系统、数据采集器、计算机及控制台等部分组成，其特征是模拟钻柱及模拟钻头、岩样夹持系统、载荷加载系统、旋转系统安装在机架上；旋转系统、岩样夹持系统、载荷加载系统等都安装有传感器且通过屏蔽信号线与数据采集器及计算机相连，控制台与计算机及旋转装置、岩样夹持系统、载荷加载系统等通过控制线连接。模拟钻头安装在模拟钻柱下端，模拟钻头端部可以根据实验需要更换不同的PDC齿进行实验；模拟钻柱中间有内孔，由进水口输入的水可以从模拟钻头上的水眼流出。旋转系统中装有扭矩传感器、转速传感器，岩样夹持系统中装有位移传感器，载荷加载系统中装有载荷传感器，各系统中的传感器通过屏蔽信号线与数据采集器及计算机进行联接。旋转系统由异步电动机、液压比例变量泵、液压控制元件及其循环管路和变量液压马达组成；载荷加载系统由异步电动机、液压比例变量泵、液压控制元件及其循环管路和液缸、活塞组成，与计算机相连的控制台输出的控制线分别与载荷加载系统中的电机及旋转装置中的电机联接。
本发明所述的PDC钻凿特性测定试验装置，在室内给定条件下可使用微型PDC模拟钻头对岩石进行钻进和磨铣的试验，测量、记录试验过程中的相关数据及参数，优点是可以真实地反映PDC作为切削齿，在受力与旋转并伴有无规律振动、冲击状态下，钻凿地层岩石所具有的工程综合特性指标。
附图说明
图1.PDC钻凿特性测定试验装置示意图
具体实施方式
参照附图1，将详细叙述本发明的具体实施方案。
在图1中，模拟钻柱3及模拟钻头4、岩样夹持系统5、载荷加载系统6、旋转系统7安装在机架1上；旋转系统7中的扭矩传感器、转速传感器通过屏蔽信号线与数据采集器8及计算机10相连，岩样夹持系统5中的位移传感器通过屏蔽信号线与数据采集器8相连，载荷加载系统6中的载荷传感器通过屏蔽信号线与数据采集器8相连。另外，与计算机10相连的控制台9输出的控制线分别可以控制载荷加载系统6、旋转系统7中的电机启动。
本发明在实验过程中，模拟钻头4前端可以根据实验需要，更换不同的PDC齿进行实验，将模拟钻头安装到模拟钻柱3下端；用岩样夹持系统5将实验用岩样11夹紧，启动旋转系统7，可根据试验需要改变钻柱3的转动速度进行试验；实验过程中载荷加载系统6可以托举岩样11，根据试验需要为其提供实验过程中的不同钻压。实验时，自来水由进水口2进入模拟钻柱3内孔，通过自来水为模拟钻头4及试验PDC齿降温，同时可以清洁岩样11上的岩屑。实验过程中，模拟钻柱3的旋转速度、载荷加载系统6提供的载荷、岩样夹持系统5的位移等参数，都通过各自的传感器被采集器8收集，存入计算机10中。实验过程由计算机10采用程序来控制完成。通过试验采集到的数据，可以对PDC的钻凿、磨损及抗冲击特性进行全面的评价。

Claims (4)

1、PDC钻凿特性测定试验装置由机架(1)、模拟钻柱(3)、模拟钻头(4)、进水口(2)、岩样夹持系统(5)、载荷加载系统(6)、旋转系统(7)、数据采集器(8)、计算机(10)及控制台(9)等部分组成，其特征是模拟钻柱(3)及模拟钻头(4)、岩样夹持系统(5)、载荷加载系统(6)、旋转系统(7)安装在机架(1)上；旋转系统(7)、岩样夹持系统(5)、载荷加载系统(6)等都安装有传感器且通过屏蔽信号线与数据采集器(8)及计算机(10)相连，控制台(9)与计算机(10)及旋转装置(7)、岩样夹持系统(5)、载荷加载系统(6)等通过控制线连接。
2、根据权利要求1所述的PDC钻凿特性测定试验装置，其特征是模拟钻头(4)安装在模拟钻柱(3)下端，模拟钻头(4)端部可以根据实验需要更换不同的PDC齿进行实验；模拟钻柱(3)中间有内孔，由进水口(2)输入的水可以从模拟钻头(4)上的水眼流出。
3、根据权利要求1所述的PDC占凿特性测定试验装置，其特征是旋转系统(7)中装有扭矩传感器、转速传感器，岩样夹持系统中(5)装有位移传感器，载荷加载系统(6)中装有载荷传感器，各系统中的传感器通过屏蔽信号线与数据采集器(8)及计算机(9)进行联接。
4、根据权利要求1所述的PDC钻凿特性测定试验装置，其特征是旋转系统(7)由异步电动机、液压比例变量泵、液压控制元件及其循环管路和变量液压马达组成；载荷加载系统(6)由异步电动机、液压比例变量泵、液压控制元件及其循环管路和液缸、活塞组成，与计算机(10)相连的控制台(9)输出的控制线分别与载荷加载系统(6)中的电机及旋转装置(7)中的电机联接。
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