CN103278347B - 极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台 - Google Patents

极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台，是由底座、桅杆、模拟井筒、岩箱、电动绞车、钻具和铠装电缆组成，其中桅杆、岩箱和电动绞车固定在底座上，模拟井筒固定在岩箱的上部，模拟井筒与岩箱之间密封，岩箱下方设有钻井液出口，模拟井筒上端开设有反扭刀槽，桅杆上端设有天车，钻具通过悬挂器与铠装电缆连接，钻具吊设在模拟井筒的内腔中，钻具上端的反扭系统卡接在模拟井筒上端的反扭刀槽中，有益效果：能验证所研发的新型钻具的工作可靠性，解决了目前没有实验台专门用于极地钻探钻具测试的问题，为极地钻探事业打下了初步的实践基础。

Description

极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台
技术领域
本发明专利涉及一种多功能测试平台，特别涉及一种极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台。
背景技术
目前，国内外有很多用于岩心钻探的钻机测试平台，国内近年来也在研究极地钻探装备，设计出了铠装电缆式电动机械钻具，但还没有用于测试极地冰钻钻具的测试平台，由于钻具结构差异大，钻进条件、钻进工艺不同，传统的钻机试验平台不适用于冰钻钻具测试试验。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前没有极地冰钻钻具测试平台的问题而提供的一种极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台。
本发明所述的极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台是由底座、桅杆、模拟井筒、岩箱、电动绞车、钻具和铠装电缆组成，其中桅杆、岩箱和电动绞车固定在底座上，模拟井筒固定在岩箱的上部，模拟井筒与岩箱之间密封，岩箱下方设有钻井液出口，模拟井筒上端开设有反扭刀槽，桅杆上端设有天车，钻具通过悬挂器与铠装电缆连接，钻具吊设在模拟井筒的内腔中，钻具上端的反扭系统卡接在模拟井筒上端的反扭刀槽中，铠装电缆穿过桅杆上端的天车，另一端连接在电动绞车上。
桅杆通过螺杆支撑，螺杆的下端与底座铰接。
桅杆与模拟井筒之间连接有卡盘进行限位。
模拟井筒下端开设有观察窗口，模拟井筒的规格为φ142X3mm，能够放置外径小于136mm的钻具，模拟井筒的顶端设有位移传感器。
岩箱的两个侧面设有试样固定阀，通过试样固定阀能够使试样进行准确定位，岩箱的内径为φ245mm，高950mm。
电动绞车由变频器控制，能够进行无极调速。
钻具是由钻头、切割器、冰芯管、冰屑室、水泵、减速器、马达、反扭系统、电子元件室和电缆悬挂装置组成，其中钻头和切割器设在冰芯管的下端，冰屑室、水泵、减速器和马达依次设在冰芯管的内腔中，反扭系统设在冰芯管的上部并与模拟井筒上端的反扭刀槽卡接，电子元件室和电缆悬挂装置设在反扭系统的上部冰芯管的顶端。
本发明所述测试平台的工作原理如下所述：
钻具在钻进时反扭系统刀翼卡接在模拟井筒上端的反扭刀槽内承担钻进时产生的反扭矩。马达带动冰芯管和钻头高速回转切削冰层，同时带动水泵高速回转，在水泵的抽吸作用下，低温钻井液携带冰屑经冰芯管及冰屑室的中心通道进入冰屑室，然后经过冰屑室外壁上设计的滤孔进入冰屑室外管空间，最后经水泵排除到钻具与钻孔的环形空间，形成局部反循环，而冰屑则留在冰屑室内待结束后提出进行处理。
需要进行测试时，将钻具与悬挂器连接，悬挂于模拟井筒中，在岩箱中放置冰样，向模拟井筒中注入钻井液，钻进时，铠装电缆给钻具内部马达供电，实现钻具的回转，钻具靠自身重量提供钻压，向下钻进； 通过模拟井筒下方观察窗口观察钻井液的流动方向以及冰屑情况，通过位移传感器检测钻进深度，钻进完毕时，提升铠装电缆，利用可无极调速电动绞车控制铠装电缆来提升钻具，整个钻进过程采用无钻杆式钻进；当采用不同的钻具时，相应改变岩箱里的试样，可以试验不同钻具对不同地层试样的钻进，实现多功能测试。提钻完毕后，打开钻井液出口，回收钻井液，完成对电动机械深冰芯取心钻具在冰层中的钻进测试。
本发明的有益效果：
能验证所研发的新型钻具的工作可靠性，解决了目前没有实验台专门用于极地钻探钻具测试的问题，为极地钻探事业打下了初步的实践基础。
附图说明
图1为本发明所述测试平台结构示意图。
图2为本发明所述测试平台所用钻具的结构示意图。
1、底座    2、桅杆   3、模拟井筒    4、岩箱    5、电动绞车
6、钻具   7、铠装电缆    8、钻井液出口    9、反扭刀槽
10、天车    11、悬挂器   12、螺杆   13、卡盘     14、观察窗口
15、位移传感器    16、试样固定阀    61、钻头    62、切割器
63、冰芯管    64、冰屑室   65、水泵    66、减速器    67、马达
68、反扭系统      69、电子元件室     70、电缆悬挂装置。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示：
本发明所述的极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台是由底座1、桅杆2、模拟井筒3、岩箱4、电动绞车5、钻具6和铠装电缆7组成，其中桅杆2、岩箱4和电动绞车5固定在底座1上，模拟井筒3固定在岩箱4的上部，模拟井筒3与岩箱4之间密封，岩箱4下方设有钻井液出口8，模拟井筒3上端开设有反扭刀槽9，桅杆2上端设有天车10，钻具6通过悬挂器11与铠装电缆7连接，钻具6吊设在模拟井筒3的内腔中，钻具6上端的反扭系统68卡接在模拟井筒3上端的反扭刀槽9中，铠装电缆7穿过桅杆2上端的天车10，另一端连接在电动绞车5上。
桅杆2通过螺杆12支撑，螺杆12的下端与底座1铰接。
桅杆2与模拟井筒3之间连接有卡盘13进行限位。
模拟井筒3下端开设有观察窗口14，模拟井筒3的规格为φ142X3mm，能够放置外径小于136mm的钻具6，模拟井筒3的顶端设有位移传感器15。
岩箱4的两个侧面设有试样固定阀16，通过试样固定阀16能够使试样进行准确定位，岩箱4的内径为φ245mm，高950mm。
电动绞车5由变频器控制，能够进行无极调速。
钻具6是由钻头61、切割器62、冰芯管63、冰屑室64、水泵65、减速器66、马达67、反扭系统68、电子元件室69和电缆悬挂装置70组成，其中钻头61和切割器62设在冰芯管63的下端，冰屑室64、水泵65、减速器66和马达67依次设在冰芯管63的内腔中，反扭系统68设在冰芯管63的上部并与模拟井筒3上端的反扭刀槽9卡接，电子元件室69和电缆悬挂装置70设在反扭系统68的上部冰芯管63的顶端。
本发明所述测试平台的工作原理如下所述：
钻具6在钻进时反扭系统68刀翼卡接在模拟井筒3上端的反扭刀槽9内承担钻进时产生的反扭矩。马达67带动冰芯管63和钻头61高速回转切削冰层，同时带动水泵65高速回转，在水泵65的抽吸作用下，低温钻井液携带冰屑经冰芯管63及冰屑室64的中心通道进入冰屑室64内，然后经过冰屑室64外壁上设计的滤孔进入冰屑室64外管空间，最后经水泵65排除到钻具6与钻孔的环形空间，形成局部反循环，而冰屑则留在冰屑室64内待结束后提出进行处理。
需要进行测试时，将钻具6与悬挂器11连接，悬挂于模拟井筒3中，在岩箱4中放置试样，向模拟井筒3中注入钻井液，钻进时，铠装电缆7给钻具6内部马达67供电，实现钻具6的回转，钻具6靠自身重量提供钻压，向下钻进； 通过模拟井筒3下方观察窗口14观察钻井液的流动方向以及冰屑情况，通过位移传感器15检测钻进深度，钻进完毕时，提升铠装电缆7，利用可无极调速电动绞车5控制铠装电缆7来提升钻具6，整个钻进过程采用无钻杆式钻进；当采用不同的钻具6时，相应改变岩箱4里的试样，可以试验不同钻具6对不同地层试样的钻进，实现多功能测试。提钻完毕后，打开钻井液出口8，回收钻井液，完成对电动机械深冰芯取心钻具6在冰层中的钻进测试。

Claims (1)

1.一种极地冰钻电动机械钻具多功能测试平台，是由底座、桅杆、模拟井筒、岩箱、电动绞车、钻具和铠装电缆组成，其中桅杆、岩箱和电动绞车固定在底座上，模拟井筒固定在岩箱的上部，模拟井筒与岩箱之间密封，岩箱下方设有钻井液出口，模拟井筒上端开设有反扭刀槽，桅杆上端设有天车，钻具通过悬挂器与铠装电缆连接，钻具吊设在模拟井筒的内腔中，钻具上端的反扭系统卡接在模拟井筒上端的反扭刀槽中，铠装电缆穿过桅杆上端的天车，另一端连接在电动绞车上，其特征在于：模拟井筒下端开设有观察窗口，模拟井筒的顶端设有位移传感器，岩箱的两个侧面设有试样固定阀，通过试样固定阀能够使试样进行准确定位。
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