CN111594040A - 微波破岩试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波破岩试验装置，属于钻井测试装置领域，其包括微波控制装置，所述微波控制装置构造成能够发出微波；连接所述微波控制装置的试验箱，所述试验箱构造成能够调节其内部的温度，并且其内部设置有待试验的岩石样品；连接所述试验箱的压力控制装置，所述压力控制装置造成能够控制岩石样品所在环境的压力；以及上位控制机，所述上位控制机检测并控制所述试压箱内的温度，并且控制和检测压力控制装置和微波控制装置的工作状态。本发明能够模拟高温、高压以及钻井液的环境，检测微波破岩的效果。

Description

微波破岩试验装置

技术领域

本发明涉及一种微波破岩试验装置，属于钻井测试工具领域。

背景技术

随着当前深井、超深井和复杂地质结构井越来越多，在钻遇玄武岩、花岗岩等坚硬岩层时，普遍存在着机械钻速慢，钻头磨损严重等问题，大大增加了施工成本和钻井风险。因此，钻遇坚硬岩层的提速增效是当前亟待解决的问题，由于传统的纯机械破岩方式已接近破岩效率极限，因此，出现了一种微波辅助破岩技术，在机械破碎岩石之前，首先采用微波照射岩石对其进行预加热，使岩石内部产生的热应力超过岩石强度，其内部产生微裂纹，易于钻头破碎。

当前国内外在进行微波室内照射试验时，所采用的试验装置类似于工业微波炉系统，试验环境为常温常压，不能模拟钻井工况下高温高压和钻井液环境，而这些因素都会对实际钻井过程中微波破岩效果产生影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种微波破岩试验装置，能够模拟高温、高压以及钻井液的环境，检测微波破岩的效果。

本发明的提出了一种微波破岩试验装置，包括：

微波控制装置，所述微波控制装置构造成能够发出微波；

连接所述微波控制装置的试验箱，所述试验箱构造成能够调节其内部的温度，并且其内部设置有待试验的岩石样品；

连接所述试验箱的压力控制装置，所述压力控制装置造成能够控制岩石样品所在环境的压力；以及

上位控制机，所述上位控制机检测并控制所述试压箱内的温度，并且控制和检测压力控制装置和微波控制装置的工作状态。

本发明的进一步改进在于，所述试验箱内设置有密闭容器，所述密闭容器内放置岩石样品；

其中，所述压力控制装置连接所述密闭容器，并且调节密闭容器内的压力。

本发明的进一步改进在于，所述试验箱的下部设置有升降装置，所述升降装置带动所述密闭容器上升或下降。

本发明的进一步改进在于，所述升降装置的上部设置有旋转装置，所述旋转装置的上端伸入到所述试验箱内并连接有托盘；所述托盘上放置所述密闭容器，并且在所述旋转装置旋转时带动所述密闭容器转动。

本发明的进一步改进在于，所述压力控制装置包括连接所述上位控制器的打压泵，所述打压泵通过打压管连接所述密闭容器；其中，所述打压管上设置有压力检测器。

本发明的进一步改进在于，所述微波控制装置包括微波发生柜以及连接所述微波发生柜的微波传输装置，所述微波传输装置连接在所述试验箱内，并设置有对准所述密闭容器的微波天线。

本发明的进一步改进在于，所述微波发生柜内设置有磁控管。

本发明的进一步改进在于，所述微波传输装置包括连接所述磁控管和所述试验箱的矩形波导，所述矩形波导上设置有微波检测器。

本发明的进一步改进在于，所述矩形波导上设置有保护所述磁控管的微波保护器。

本发明的进一步改进在于，所述密闭容器采用非金属材质。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的微波破岩试验装置，通过上位控制机控制试验箱的温度，并调节微波控制器和压力控制装置的工作状态。不仅可以改变微波照射参数，而且可以通过压力温度控制系统及密闭容器充满钻井液的方式，模拟不同钻井工况下高温高压及钻井液环境，便于研究这些因素对微波破岩效果的影响，使获得的室内试验结果更加贴近实际工程应用。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的微波破岩试验装置的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、微波控制装置，2、试验箱，3、压力控制装置，4、上位控制机，11、微波发生柜，12、磁控管，13、矩形波导，14、微波检测器，15、微波保护器，16、微波天线，21、密闭容器，22、升降装置，23、旋转装置，24、托盘，25、岩石样品，31、打压泵，32、压力检测器，33、打压管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的微波破岩试验装置。根据本发明的微波破岩试验装置，能够模拟高温、高压以及钻井液的环境，检测微波破岩的效果。

如图1所示，本实施例所述的微波破岩试验装置，其包括微波控制装置1，所述微波控制装置1能够发出微波，模拟钻井中破岩用的微波。所述微波控制器连接有试验箱2，所述试验箱2为温控试验箱2，其能够调节试验箱2内的温度。试验箱2内设置有待试验的岩石样品25。并且，所述试验箱2还连接有压力控制装置3，所述压力控制装置3造成能够控制岩石样品25所在环境的压力。在本实施例中，所述微波破岩试验装置还包括上位控制机4，所述上位控制机4分别连接所述试验箱2、微波控制装置1以及压力控制装置3。其中，上位控制机4能够检测并控制试验箱2内的温度，使试验箱2保持到试验需要的温度，并且上位控制机4能够检测压力并控制压力控制装置3的工作状态。同时，上位控制机4还能够检测微波信号，并控制微波控制器的工作状态。

在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，通过上位控制机4控制试验箱2的温度，并调节微波控制器和压力控制装置3的工作状态。不仅可以改变微波照射参数，而且可以通过压力温度控制系统及密闭容器21充满钻井液的方式，模拟不同钻井工况下高温高压及钻井液环境，便于研究这些因素对微波破岩效果的影响，使获得的室内试验结果更加贴近实际工程应用。

在一个实施例中，所述试验箱2包括箱体。所述箱体优选为相对密闭的结构。其中，所述箱体内设置有密闭容器21，所述密闭容器21内放置所述岩石样品25。其中，所述压力控制装置3连接所述密闭容器21，能够在密闭容器21中充入或排除压力，从而调节密闭容器21内的压力，这样就能够控制岩石样品25所在环境中的压力。所述密闭容器21优选采用非金属材质，便于微波穿通而照射岩石。

在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，试验箱2为温控微波试验箱2，温控微波试验箱2为进行微波照射岩石试验的腔体，保证微波的谐振，同时起到屏蔽微波，防止泄露的作用。试验箱2内可以通过内部的温控管调节内部温度，使岩石样品25处于设定的温度中，模拟钻井工况下高温环境，研究环境温度对微波破岩效果的影响。

在一个实施例中，所述试验箱2的下部设置有升降装置22，所述升降装置22能够调节高度，其上部连接在所述密闭容器21。升降装置22升高时带动所述密闭容器21上升，从而减少密闭容器21到微波天线16距离；升降装置22降低时带动所述密闭容器21下降，从而增加密闭容器21到微波天线16的距离。

在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，升降装置22能够带动密闭容器21上升或下降。这样，通过升降装置22就能够改变密闭容器21的高度，从而改变岩石样品25到微波天线16的距离。

在一个优选的实施例中，所述升降装置22的上部设置有旋转装置23，所述旋转装置23的上端伸入到所述试验箱2内并连接有托盘24。所述托盘24上放置所述密闭容器21，并且在所述旋转装置23旋转时带动所述密闭容器21转动。在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，通过旋转装置23能够在试验过程中带动密闭容器21转动，从而使密闭容器21内的岩石样品25接收到的微波更加均匀。上位机4连接旋转装置23，并控制旋转装置23转动，旋转的主要作用一方面是照射均匀，一方面是模拟井下钻头转动时的照射情况。

在一个实施例中，所述压力控制装置3包括打压泵31，所述打压泵31连接上位控制器。打压泵31上设置有打压管33，并通过打压管33连接所述密闭容器21。所述打压管33上设置有压力检测器32，用于检测打压管33内的压力。所述压力控制装置3的介质可以是气压或者液压。

在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，岩石样品25放置于密闭容器21内部，打压泵31通过打压管33给密闭容器21打压，压力检测器32时时监控系统压力，使岩石样品25处于压力环境中，这样就可以模拟钻井工况下岩石在井底受围压的情况。将打压介质换为钻井液，就可以模拟钻井工况下岩石在钻井液环境中的情况，这样就可以进行压力和钻井液因素对微波破岩效果的影响试验。密闭容器21选用力学性能好的非金属材料制作，即保证了微波能够完全穿透不损耗，又保证了承受高压不破裂。

在一个实施例中，所述微波控制装置1包括微波发生柜11，所述微波发生柜11能够发出微波，并连接上位控制机4，受上位控制机4控制而开启或关闭。其中，微波发生柜11通过微波传输装置连接试验箱2。微波传输装置的端部设置有微波天线16。并且，微波天线16对准密封容器21。

在根据本实施例所述的微波破岩试验装置中，微波发生柜11发出微波，微波传输装置将微波发生柜11发出的微波传输到试验箱2内。最后通过微波天线16向所述密闭容器21内的岩石样品25发出微波。

在一个实施例中，所述微波发生柜11内设置有磁控管12，所述微波磁控管12为高功率微波磁控管12。磁控管12能够发出微波，并通过微波传输装置连接试验箱2。所述磁控管12连接所述上位控制机4，上位控制机4能够控制磁控管12启动、关闭或调节其照射参数等。

在一个实施例中，所述微波传输装置包括矩形波导13，所述矩形波导13连接所述微波发生柜11和所述试验箱2，其中矩形波导13的一端连接磁控管12，另一端连接微波天线16。所述矩形波导13上设置有微波检测器14，所述微波检测器14能够检测微波。优选地，所述微波检测器14连接上位控制机4，所述上位控制机4根据微波检测器14检测的结果来调节所述磁控管12。

在一个优选的实施例中，所述矩形波导13上设置有保护所述磁控管12的微波保护器15。微波保护器15设置在微波检测器14和所述微波发生柜11之间，能够防止微波发射波对磁控管12的伤害，同时不影响微波检测器14正常工作。

在使用根据本实施例所述的微波破岩试验装置时，上位控制机4控制微波发生柜11中的磁控管12产生特定功率的微波，通过矩形波导13传输到微波天线16处，对岩石样品25进行微波照射试验。当微波经过微波检测器14时，可将微波当前状态反馈回上位控制机4，便于操作人员监控，同时微波保护器15能够防止微波天线16处反射回来的微波对高功率磁控管12的伤害。

在试验过程中，上位控制机4调节试验箱2的内部温度到设计试验温度，使岩石样品25置于高温环境中，从而模拟井底高温环境。同时试验箱2起到防止微波泄露的作用。岩石样品25放置在非金属密闭容器21内部，上位控制机4控制打压泵31将钻井液通过打压管33道注入到密闭容器21中，从而模拟钻井条件下岩石处于高围压和钻井液环境的情况。同时压力检测器32将当前系统压力反馈上位控制机4，便于操作人员监控。

在试验过程中，将密闭容器21固定在放置托盘24上，托盘24下端与旋转轴相连，旋转轴带动托盘24转动，模拟钻井工况下钻头转动，转动速率匹配实际钻盘转速；旋转轴下端与升降机相连，通过升降高度调节岩石样品25与微波天线16之间的距离，便于研究不同照射距离对微波破岩效果的影响。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种微波破岩试验装置，其特征在于，包括：

微波控制装置(1)，所述微波控制装置(1)构造成能够发出微波；

连接所述微波控制装置(1)的试验箱(2)，所述试验箱(2)构造成能够调节其内部的温度，并且其内部设置有待试验的岩石样品(25)；

连接所述试验箱(2)的压力控制装置(3)，所述压力控制装置(3)造成能够控制岩石样品(25)所在环境的压力；以及

上位控制机(4)，所述上位控制机(4)检测并控制所述试压箱内的温度，并且控制和检测压力控制装置(3)和微波控制装置(1)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述试验箱(2)内设置有密闭容器(21)，所述密闭容器(21)内放置岩石样品(25)；

其中，所述压力控制装置(3)连接所述密闭容器(21)，并且调节密闭容器(21)内的压力。

3.根据权利要求2所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述试验箱(2)的下部设置有升降装置(22)，所述升降装置(22)带动所述密闭容器(21)上升或下降。

4.根据权利要求3所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述升降装置(22)的上部设置有旋转装置(23)，所述旋转装置(23)的上端伸入到所述试验箱(2)内并连接有托盘(24)；所述托盘(24)上放置所述密闭容器(21)，并且在所述旋转装置(23)旋转时带动所述密闭容器(21)转动。

5.根据权利要求2至4所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述压力控制装置(3)包括连接所述上位控制器的打压泵(31)，所述打压泵(31)通过打压管(33)连接所述密闭容器(21)；其中，所述打压管(33)上设置有压力检测器(32)。

6.根据权利要求5所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述微波控制装置(1)包括微波发生柜(11)以及连接所述微波发生柜(11)的微波传输装置，所述微波传输装置连接在所述试验箱(2)内，并设置有对准所述密闭容器(21)的微波天线(16)。

7.根据权利要求6所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述微波发生柜(11)内设置有磁控管(12)。

8.根据权利要求7所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述微波传输装置包括连接所述磁控管(12)和所述试验箱(2)的矩形波导(13)，所述矩形波导(13)上设置有微波检测器(14)。

9.根据权利要求8所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述矩形波导(13)上设置有保护所述磁控管(12)的微波保护器(15)。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的微波破岩试验装置，其特征在于，所述密闭容器(21)采用非金属材质。

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