CN103698122B - 一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法，该测试装置包括罩壳、岩心管、钻头、回转台和驱动机构，所述罩壳的顶部安装有上盖，所述岩心管穿过所述上盖伸入罩壳内，所述罩壳的底部设置有可沿罩壳转动的回转台，所述回转台上设置有用于容置测试用岩样的容置槽，所述岩心管的底部安装有钻头，所述钻头伸入容置槽内与测试用岩样接触，所述驱动机构通过转轴连接回转台，且所述罩壳的侧面上开设有出水口，所述出水口处安装有压力表和泄水调压阀。所述测试装置及方法通过测量岩石有效破碎、无效破碎区和岩石孔底表面微观粗糙度，来确定钻头钻进破碎岩石的效果。对金刚石钻头破碎岩石效果做出相对较为准确的评价。

Description

一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法

技术领域

本发明属于钻探技术领域，尤其是涉及一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法。

背景技术

在进行金刚石钻进的过程中，金刚石钻头的钻进效果是影响钻探质量和钻进效率的一个重要因素。目前一般采用机械钻速、钻头进尺、每米钻探成本、破碎单位体积岩石消耗的能量等指标来评价金刚石钻头钻进时破碎岩石的效果。但是由于金刚石钻进的地层复杂多样，这些评价指标相对单一，不能准确反映金刚石钻头破碎岩石的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法，其能够对金刚石钻头破碎岩石效果做出相对较为准确的评价试验，具有很高的精确度和可靠性，以解决现有金刚石钻进的作业中存在的上述问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置，其包括罩壳、岩心管、钻头、回转台和驱动机构，其中，所述罩壳的顶部安装有上盖，所述岩心管穿过所述上盖伸入罩壳内，所述罩壳的底部设置有可沿罩壳转动的回转台，所述回转台上设置有用于容置测试用岩样的容置槽，所述岩心管的底部安装有钻头，所述钻头伸入容置槽内与测试用岩样接触，所述驱动机构通过转轴连接回转台，且所述罩壳的侧面上开设有出水口，所述出水口处安装有压力表和泄水调压阀。

特别地，所述上盖通过密封圈与罩壳密封。

特别地，所述罩壳为圆柱体结构。

特别地，所述驱动机构采用驱动电机，所述驱动电机安装于支架上且其动力输出端连接所述转轴的一端，所述转轴通过轴承装配于支架上，另一端连接所述回转台的底部。

一种金刚石钻头破碎岩石效果测试方法，其包括以下步骤：

1）将测试用岩样安装在上述测试装置的回转台和钻头之间，调试好测试装置的运行状态；

2）用荧光材料或其他对比性能好的材料配好冲洗液，通过岩心管把冲洗液泵入钻头和测试用岩样的接触部位；

3）启动测试装置，按规程参数进行岩石破碎过程，模拟孔底的钻进状态进行钻进，当钻头钻进岩石足够深度后，停止回转，停止泵入冲洗液，将岩样取下，晾干；

4）用表面粗糙度测量装置测量岩样岩石有效、无效破碎带和环槽底部表面微观粗糙度，把测得的粗糙度记录下来，经过处理绘制相应的曲线图，研究金刚石钻头的碎岩效果；

5）将测试用岩样放在荧光显微镜下进行观测，这种显微镜利用荧光辐射进行工作，在荧光作用下，根据显微镜上的网格分布，区分出光亮区和黑暗区来，根据光亮区和黑暗区的分布情况分出岩石有效破碎区和无效破碎区，并观测岩石表面上裂隙的发育和分布情况，判断和分析出钻头破碎岩石的效果。

本发明的有益效果为，与现有相比所述金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法通过测量岩石有效破碎、无效破碎区和岩石孔底表面微观粗糙度，来确定钻头钻进破碎岩石的效果。按照专门设计的程序，可以综合研究钻头破碎岩石效果及其与许多参数的关系，保证试验有很高的精确度和可靠性。对金刚石钻头破碎岩石效果做出相对较为准确的评价。

附图说明

图1是本发明具体实施方式1提供的一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置的结构示意图。

图中:

1、罩壳；2、岩心管；3、钻头；4、回转台；5、密封圈；6、上盖；7、测试用岩样；8、转轴；9、轴承；10、支架；11、出水口；12、压力表；13、泄水调压阀。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参照图1所示，图1是本发明具体实施方式1提供的一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置的结构示意图。

本实施例中，一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置其包括罩壳1、岩心管2、钻头3和回转台4，所述罩壳1为圆柱体结构其顶部通过密封圈5密封安装有上盖6，所述岩心管2穿过所述上盖6伸入罩壳1内，所述罩壳1的底部设置有可沿罩壳1转动的回转台4，所述回转台4上设置有用于容置测试用岩样7的容置槽，且所述回转台4的底部连接转轴8的一端，所述转轴8通过轴承9安装于支架10上，且所述转轴8的另一端连接驱动电机的动力输出轴，所述岩心管2的底部安装有钻头3，所述钻头3伸入容置槽内与测试用岩样7接触，且所述罩壳1的侧面上开设有出水口11，所述出水口11处安装有压力表12和泄水调压阀13，用于观察实验过程中的压力，并且控制冲洗液的排量。

一种金刚石钻头破碎岩石效果测试方法，其包括以下步骤：

1）将钻头3安装在岩心管2上，将测试用岩样7安装在回转台4和钻头3之间之间，将其他零部件安装好，调试好钻进测试台的运行状态；

2）用荧光材料配好冲洗液，通过岩心管2把冲洗液泵入钻头3和测试用岩样7的接触部位；

3）启动钻进测试台，驱动电机通过转轴8带动测试用岩样7回转，并通过转轴8和岩心管2对钻头3和测试用岩样7进行加轴向载荷，使钻头3和测试用岩样7之间承受一定的压载；

4）以设计的规程参数进行岩石破碎过程，模拟孔底的钻进状态进行钻进，当钻头3钻进岩石足够深度后，停止回转，停止泵入冲洗液，将岩样取下，晾干；

5）用表面粗糙度测量装置测量岩样岩石有效、无效破碎带和环槽底部表面微观粗糙度，把测得的粗糙度记录下来，经过处理绘制相应的曲线图，研究金刚石钻头的碎岩效果；

6）将测试用岩样放在荧光显微镜下进行观测，这种显微镜利用荧光辐射进行工作，在荧光作用下，根据显微镜上的网格分布，区分出光亮区和黑暗区来。根据光亮区和黑暗区的分布情况分出岩石有效破碎区和无效破碎区，并观测岩石表面上裂隙的发育和分布情况，判断和分析出钻头破碎岩石的效果。

上述金刚石钻头破碎岩石效果测试装置及方法可以综合研究钻头破碎岩石效果及其与许多参数的关系，保证试验有很高的精确度和可靠性。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置，其包括罩壳、岩心管、钻头、回转台和驱动机构，其特征在于：所述罩壳的顶部安装有上盖，所述岩心管穿过所述上盖伸入罩壳内，所述罩壳的底部设置有可沿罩壳转动的回转台，所述回转台上设置有用于容置测试用岩样的容置槽，所述岩心管的底部安装有钻头，所述钻头伸入容置槽内与测试用岩样接触，所述驱动机构通过转轴连接回转台，且所述罩壳的侧面上开设有出水口，所述出水口处安装有压力表和泄水调压阀；测试时，所述岩心管中通入由荧光材料配制的冲洗液，通过岩心管把冲洗液泵入钻头和测试用岩样的接触部位。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置，其特征在于：所述上盖通过密封圈与罩壳密封。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置，其特征在于：所述罩壳为圆柱体结构。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头破碎岩石效果测试装置，其特征在于：所述驱动机构采用驱动电机，所述驱动电机安装于支架上且其动力输出端连接所述转轴的一端，所述转轴通过轴承装配于支架上，另一端连接所述回转台的底部。

5.一种金刚石钻头破碎岩石效果测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将测试用岩样安装在权利要求1-4任一项所述的测试装置的回转台和钻头之间，调试好测试装置的运行状态；

2)用荧光材料配好冲洗液，通过岩心管把冲洗液泵入钻头和测试用岩样的接触部位；

3)启动测试装置，按规程参数进行岩石破碎过程，模拟孔底的钻进状态进行钻进，当钻头钻进岩石足够深度后，停止回转，停止泵入冲洗液，将岩样取下，晾干；

4)用表面粗糙度测量装置测量岩样岩石有效、无效破碎带和环槽底部表面微观粗糙度，把测得的粗糙度记录下来，经过处理绘制相应的曲线图，研究金刚石钻头的碎岩效果；

5)将测试用岩样放在荧光显微镜下进行观测，这种显微镜利用荧光辐射进行工作，在荧光作用下，根据显微镜上的网格分布，区分出光亮区和黑暗区来，根据光亮区和黑暗区的分布情况分出岩石有效破碎区和无效破碎区，并观测岩石表面上裂隙的发育和分布情况，判断和分析出钻头破碎岩石的效果。