CN113092295A - 岩石硬度的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种岩石硬度的检测装置，属于钻井技术领域。该检测装置包括支撑架、加载机构及检测机构。加载机构包括动载荷发生器、支点调节块、杠杆及第一位移传感器，动载荷发生器固定在支撑架上，支点调节块可滑动地安装在支撑架上，杠杆的第一端与动载荷发生器的施力部连接在一起，杠杆的中部与支点调节块滑动配合，支点调节块的滑动方向与杠杆的长度方向相同，支点调节块位于杠杆和支撑架之间，第一位移传感器的一端固定在支撑架上，第一位移传感器的另一端固定在杠杆的第二端；检测机构包括测试压头、拉压力传感器及温度控制箱，温度控制箱固定在支撑架上。本公开通过大范围调整作用在岩样上的作用力，使得检测结果精度更高。

Description

岩石硬度的检测装置
技术领域
本公开属于钻井技术领域，特别涉及一种岩石硬度的检测装置。
背景技术
随着油气资源需求量的逐年增加，常规油气资源产量的不断下降，从常规到非常规油气，从中深层到深层、超深层，从中浅海到深海、超深海，已成为全球油气勘探的必然趋势。在深部油气勘探开发中往往要用到多种钻头技术，为了提高钻井效率，随着钻遇地层不同，钻遇到的岩石硬度不同，需要相应的更换不同的钻头。而钻头的选择一般都是根据岩石的硬度来决定的。
相关技术中，检测岩石的硬度一般都是将钻井时钻取的岩样拿到室内实验室，然后在室内实验室中，常温下对岩样开展硬度检测，在检测时往往通过加载装置对岩样施加宏观尺度力(在较大的作用力下岩样发生厘米级别以上的变化)，在宏观尺度力的作用下，观察岩样的压入深度得到相关的硬度数值。
然而，采用以上方式检测岩样的硬度，一方面由于需要将岩样带回实验室后才能进行相关的测试，而实验室中温度与岩样在地层中的实际温度不同，所以导致检测结果不准；另一方面仅对岩样进行了宏观尺度力下的检测，而没有进行微观尺度力(在较小的作用力下岩样只发生毫米级别以下的变化)下的检测，这样也导致检测结果不准，如此一来就会影响后续钻头的选择。
发明内容
本公开实施例提供了一种岩石硬度的检测装置，可以提高岩样硬度的检测准确度。所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种岩石硬度的检测装置，所述岩石硬度的检测装置包括支撑架、加载机构及检测机构，
所述加载机构包括动载荷发生器、支点调节块、杠杆及第一位移传感器，所述动载荷发生器固定在所述支撑架上，所述支点调节块可滑动地安装在所述支撑架上，所述杠杆的第一端与所述动载荷发生器的施力部连接在一起，所述杠杆的中部与所述支点调节块滑动配合，所述支点调节块的滑动方向与所述杠杆的长度方向相同，所述支点调节块位于所述杠杆和所述支撑架之间，所述第一位移传感器的一端固定在所述支撑架上，所述第一位移传感器的另一端固定在所述杠杆的第二端；
所述检测机构包括测试压头、拉压力传感器及温度控制箱，所述测试压头的一端通过所述拉压力传感器安装在所述杠杆的第二端上，所述安温度控制箱固定在所述支撑架上，所述测试压头的另一端插装在所述温度控制箱内。
在本公开的一种实现方式中，所述加载机构还包括第二位移传感器，所述第二位移传感器的一端与所述动载荷发生器安装在一起，所述第二位移传感器的另一端与所述支点调节块安装在一起。
在本公开的另一种实现方式中，所述杠杆上设置有滑动槽，所述滑动槽沿所述杠杆的长度方向延伸，所述支点调节块上设置有滚轴，所述滚轴可滑动地插装在所述滑动槽内。
在本公开的又一种实现方式中，所述滚轴为圆柱滚轴，且所述滚轴的轴线与所述滑动槽的长度方向垂直。
在本公开的又一种实现方式中，所述动载荷发生器上安装有可伸缩地动载荷传递块，所述动载荷传递块的伸缩方向与所述杠杆的轴线相互垂直，所述杠杆的第一端连接在所述动载荷传递块上。
在本公开的又一种实现方式中，所述动载荷传递块上还装有球形的接头，所述杠杆的第一端通过所述接头与所述动载荷传递块球铰在一起。
在本公开的又一种实现方式中，所述检测机构还包括压头固定座和磁性复位座，所述压头固定座固定安装在所述杠杆的第二端，所述磁性复位座固定安装在所述支撑架上，所述磁性复位座和所述压头固定座相对布置，且所述磁性复位座和所述压头固定座均位于所述杠杆和所述支撑架之间。
在本公开的又一种实现方式中，所述拉压力传感器的中部安装在所述杠杆上，所述拉压力传感器的一端连接在所述压头固定座上，所述拉压力传感器的另一端连接在所述测试压头上。
在本公开的又一种实现方式中，所述温度控制箱内部装有温度传感器，所述温度传感器粘贴在所述温度控制箱内壁上。
在本公开的又一种实现方式中，所述支撑架包括第一支板及第二支板，所述第二支板垂直安装在所述第一支板的一板面上，所述温度控制箱固定在所述第一支板的一板面上，所述支点调节块可滑动地安装在所述第二支板上，所述第一位移传感器设置在所述第一支板上。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过本实施例提供的岩石硬度的检测装置在对岩样进行硬度检测时，由于本检测装置包括温度控制箱，可将岩样放置在温度控制箱内，所以通过调节温度控制箱的温度，来使得岩样的温度能够符合不同地层中对应的温度，以避免温度对岩样的硬度的影响，而使得检测结果不准确。
并且，由于该岩石硬度的检测装置还包括动载荷发生器、杠杆，通过动载荷发生器可将作用力作用在杠杆的第一端上，且支点调节块位于杠杆和支撑架之间，所以杠杆能够以支点调节块作为支点，将作用在杠杆的第一端上的作用力传递给杠杆的第二端上。又由于杠杆的第二端上连接有测试压头，所以作用在杠杆的第二端上作用力就可以通过测试压头作用到岩样上，以对岩样进行硬度检测。在此过程中，拉压力传感器用于检测测试压头施加在岩样上的作用力。第一位移传感器用于检测杠杆的第二端的位移距离，进而通过该位移距离得到岩样在测试前后发生的形变量，即压入深度，通过压入深度可得岩样的硬度。
另外，由于支点调节块的滑动方向与杠杆的长度方向相同，所以可灵活调节支点调节块在杠杆上的位置，进而灵活调节杠杆两端的力臂，当动载荷发生器作用在杠杆第一端上的作用力不变时，可以通过改变支点调节块在杠杆上的位置，来改变杠杆第二端对测试压头的作用力。也就是说，可以通过改变支点调节块的滑动位置，可以实现几百几十倍大范围的调节施加在测试压头上的作用力，进而同时实现岩样在微观尺度力的检测和宏观尺度力的检测。本实施例中的检测装置结构简单，通过大范围调整施加在岩样上的作用力，使得检测精度更高、适用性更强，易于广泛使用。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本公开实施例提供的岩石硬度的检测装置的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的岩石硬度的检测装置的俯视图；
图3为图2沿A-A的剖视图；
图4为图1沿B-B的剖视图。
图中各符号表示含义如下：
1、支撑架；12、第一支板；121、滚轮；13、第二支板；
2、加载机构；21、动载荷发生器；211、动载荷传递块；2111、接头；22、支点调节块；221、滚轴；23、杠杆；230、滑动槽；24、第一位移传感器；25、第二位移传感器；
3、检测机构；31、测试压头；32、拉压力传感器；33、温度控制箱；331、温度传感器；34、压头固定座；35、磁性复位座。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
本公开实施例提供了一种岩石硬度的检测装置，如图1所示，该岩石硬度的检测装置包括支撑架1、加载机构2及检测机构3。
加载机构2包括动载荷发生器21、支点调节块22、杠杆23及第一位移传感器24，动载荷发生器21固定在支撑架1上，支点调节块22可滑动地安装在支撑架1上，杠杆23的第一端与动载荷发生器21的施力部连接在一起，杠杆23的中部与支点调节块22滑动配合，支点调节块22的滑动方向与杠杆23的长度方向相同，支点调节块22位于杠杆23和支撑架1之间，第一位移传感器24的一端固定在支撑架1上，第一位移传感器24的另一端固定在杠杆23的第二端。
检测机构3包括测试压头31、拉压力传感器32和温度控制箱33测试压头31的一端通过拉压力传感器32安装在杠杆23的第二端上，温度控制箱33固定在支撑架1上，测试压头31的另一端插装在温度控制箱33内。
通过本实施例提供的岩石硬度的检测装置在对岩样进行硬度检测时，由于本检测装置包括温度控制箱33，可将岩样放置在温度控制箱33内，所以通过调节温度控制箱33的温度，来使得岩样的温度能够符合不同地层中对应的温度，以避免温度对岩样的硬度的影响，而使得检测结果不准确。
并且，由于该岩石硬度的检测装置还包括动载荷发生器21、杠杆23，通过动载荷发生器21可将作用力作用在杠杆23的第一端上，且支点调节块22位于杠杆23和支撑架1之间，所以杠杆23能够以支点调节块22作为支点，将作用在杠杆23的第一端上的作用力传递给杠杆23的第二端上。又由于杠杆23的第二端上连接有测试压头31，所以作用在杠杆23的第二端上作用力就可以通过测试压头31作用到岩样上，以对岩样进行硬度检测。在此过程中，拉压力传感器32用于检测测试压头31施加在岩样上的作用力。第一位移传感器24用于检测杠杆23的第二端的位移距离，进而通过该位移距离得到岩样在测试前后发生的形变量，即压入深度，通过压入深度可得岩样的硬度。
另外，由于支点调节块22的滑动方向与杠杆23的长度方向相同，所以可灵活调节支点调节块22在杠杆23上的位置，进而灵活调节杠杆23两端的力臂，当动载荷发生器21作用在杠杆23的第一端上的作用力不变时，可以通过改变支点调节块22在杠杆23上的位置，来改变杠杆23第二端对测试压头31的作用力。也就是说，可以通过改变支点调节块22的滑动位置，可以实现几百几十倍大范围的调节施加在测试压头31上的作用力，进而同时实现岩样在微观尺度力的检测和宏观尺度力的检测。本实施例中的检测装置结构简单，通过大范围调整施加在岩样上的作用力，使得检测精度更高、适用性更强，易于广泛使用。
需要说明的是，当检测装置工作完毕后，将其可以放置在阴凉、干燥、少灰尘的地方，以便于保存。
可选地，支撑架1包括第一支板12及第二支板13，第二支板13垂直安装在第一支板12的一板面上，温度控制箱33固定在第一支板12的一板面上，支点调节块22可滑动地安装在第二支板13上，第一位移传感器24设置在第一支板12上。
在上述实现方式中，第一支板12用于安装温度控制箱33，第二支板13用于安装动载荷发生器21，且第一支板12及第二支板13垂直布置可以方便动载荷发生器21、测试压头31等元件的布局连接，使得测试压头31可以直接作用在待检测的岩样上。
示例性地，测试压头31及温度控制箱33均位于杠杆23的远离第二支板13的一侧，支点调节块22及动载荷发生器21均位于杠杆23的靠近第二支板13的一侧。
可选地，第一支板12的另一板面上还装有多个滚轮121，多个滚轮121均匀间隔的安装在第一支板12的另一板面上。
在上述实现方式中，滚轮121的设置方便该岩石硬度的检测装置进行移动。
图2为本公开实施例提供的岩石硬度的检测装置的俯视图，结合图2，示例性地，温度控制箱33的底面中心线与第一支板12的中心线重叠，这样可使得温度控制箱33平稳安装在第一支板12上，在岩样受力时，第一支板12也能平衡，不会产生倾斜。
图3为图2中沿A-A的剖视图，如图3所示，可选地，温度控制箱33内部装有温度传感器331，温度传感器331粘贴在温度控制箱33内壁上。
在上述实现方式中，温度传感器331用于检测温度控制箱33内部的温度，使得岩样的检测温度为岩样对应的地层的温度。
示例性地，岩样通过螺钉夹持在温度控制箱33内，这样可以使得岩样稳固的置于温度控制箱33内，避免了岩样在温度控制箱33内产生不必要的晃动。
继续参见图3，在本实施例中，动载荷发生器21上安装有可伸缩地动载荷传递块211，动载荷传递块211的伸缩方向与杠杆23的轴线相互垂直，杠杆23的第一端连接在动载荷传递块211上。
在上述实现方式中，动载荷传递块211可以传递动载荷发生器21产生的作用力，从而将动载荷发生器21产生的作用力传递至距离较远的杠杆23。容易理解的是，将杠杆23设置的与动载荷发生器21较远，可以便于支点调节块22的布置，且使得杠杆23可以有更大的旋转空间。
示例性地，动载荷发生器21的一端连接有可伸缩的驱动杆，例如油缸等。驱动杆在水平方向上可伸缩，动载荷传递块211装设在驱动杆的另一端。
可选地，动载荷传递块211上还装有球形的接头2111，杠杆23的第一端通过接头2111与动载荷传递块211球铰在一起。
在上述实现方式中，接头2111的设置便于将动载荷传递块211与杠杆23进行铰接，方便杠杆23施加作用力在岩样上。接头2111为球形接头结构件，便于将杠杆23与动载荷传递块211进行球铰接，使得杠杆23可以灵活转动。
图4为图1中沿B-B的剖视图，如图4所示，可选地，杠杆23上设置有滑动槽230，滑动槽230沿杠杆23的长度方向延伸，支点调节块22上设置有滚轴221，滚轴221可滑动地插装在滑动槽230内。
在上述实现方式中，滚轴221的设置便于支点调节块22的一侧能够滑动地插装在滑动槽230，方便支点调节块22能够在滑动槽230内的移动，同时便于杠杆23以滚轴221为轴心进行转动。
示例性地，滚轴221为圆柱滚轴，且该滚轴221的轴线与滑动槽230的长度方向相互垂直。
再次参见图1，可选地，加载机构2还包括第二位移传感器25，第二位移传感器25的一端与动载荷发生器21安装在一起，第二位移传感器25的另一端与支点调节块22安装在一起。
在上述实现方式中，第二位移传感器25用于精准的检测支点调节块22距离动载荷发生器21的位移，通过前后位移对比，精确的调整支点调节块22的位置，进而调整加载在测试压头31上的作用力，也就是施加在岩样上的作用力。
可选地，检测机构3还包括压头固定座34和磁性复位座35，压头固定座34固定安装在杠杆23的第二端，磁性复位座35固定安装在支撑架1上，磁性复位座35和压头固定座34相对布置，且磁性复位座35和压头固定座34均位于杠杆23和支撑架1之间。
在上述实现方式中，压头固定座34用于安装测试压头31，同时也用于连接拉压力传感器32。当在检测完毕后，磁性复位座35用于将压头固定座34吸附回到初始位置。
可选地，拉压力传感器32的一端连接在压头固定座34上，拉压力传感器32的另一端连接在测试压头31上。
在上述实现方式中，拉压力传感器32连接在压头固定座34与测试压头31之间，可以精准的检测出测试压头31加载在岩样上的作用力，因为磁性复位座35对压头固定座34有吸引力，可以使得加载在杠杆23上的作用力直接减去磁性复位座35对压头固定座34的吸引力即为拉压力传感器32检测出的作用力，也就是测试压头31加载在岩样上的作用力。
示例性地，磁性复位座35与压头固定座34的中心线相互重叠。动载荷发生器21、支点调节块22和磁性复位座35的中心线均位于同一平面上。
下面简单介绍一下本实施例提供的岩石硬度的检测装置的工作方式：
将本实施例提供的岩石硬度的检测装置安放到需要开展测试的钻井现场内，根据钻井工作的要求，当需要更换钻头时，将钻遇地层的岩样安放到该岩石硬度检测装置的温度控制箱33内，并固定岩样，开启温度控制箱33将岩样加热到钻遇地层深度对应的温度，然后开启动载荷发生器21，通过杠杆23和支点调节块22将宏观大力传递给测试压头31，测试压头31在杠杆23的推动下压入岩样，再通过第一位移传感器24和拉压力传感器32测得对应数据计算出硬度值；
然后，通过调整支点调节块22的位置及动载荷发生器21共同降低作用在测试压头31上的作用力，运用同样的方法测试小尺度作用力下的岩石硬度值。
当测试完毕后，先关闭动载荷发生器21，测试压头31会在磁性复位座35作用下恢复到初始未与岩样接触的状态，然后关闭温度控制箱33，岩样冷却后再取出，最后把该岩石硬度的检测装置放置到阴凉干燥少灰尘的地方，等待下次测试使用。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述岩石硬度的检测装置包括支撑架(1)、加载机构(2)及检测机构(3)，
所述加载机构(2)包括动载荷发生器(21)、支点调节块(22)、杠杆(23)及第一位移传感器(24)，所述动载荷发生器(21)固定在所述支撑架(1)上，所述支点调节块(22)可滑动地安装在所述支撑架(1)上，所述杠杆(23)的第一端与所述动载荷发生器(21)的施力部连接在一起，所述杠杆(23)的中部与所述支点调节块(22)滑动配合，所述支点调节块(22)的滑动方向与所述杠杆(23)的长度方向相同，所述支点调节块(22)位于所述杠杆(23)和所述支撑架(1)之间，所述第一位移传感器(24)的一端固定在所述支撑架(1)上，所述第一位移传感器(24)的另一端固定在所述杠杆(23)的第二端；
所述检测机构(3)包括测试压头(31)、拉压力传感器(32)和温度控制箱(33)，所述测试压头(31)的一端通过所述拉压力传感器(32)安装在所述杠杆(23)的第二端上，所述温度控制箱(33)固定在所述支撑架(1)上，所述测试压头(31)的另一端插装在所述温度控制箱(33)内。
2.根据权利要求1所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述加载机构(2)还包括第二位移传感器(25)，所述第二位移传感器(25)的一端与所述动载荷发生器(21)安装在一起，所述第二位移传感器(25)的另一端与所述支点调节块(22)安装在一起。
3.根据权利要求1所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述杠杆(23)上设置有滑动槽(230)，所述滑动槽(230)沿所述杠杆(23)的长度方向延伸，所述支点调节块(22)上设置有滚轴(221)，所述滚轴(221)可滑动地插装在所述滑动槽(230)内。
4.根据权利要求3所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述滚轴(221)为圆柱滚轴，且所述滚轴(221)的轴线与所述滑动槽(230)的长度方向垂直。
5.根据权利要求1所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述动载荷发生器(21)上安装有可伸缩地动载荷传递块(211)，所述动载荷传递块(211)的伸缩方向与所述杠杆(23)的轴线相互垂直，所述杠杆(23)的第一端连接在所述动载荷传递块(211)上。
6.根据权利要求5所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述动载荷传递块(211)上还装有球形的接头(2111)，所述杠杆(23)的第一端通过所述接头(2111)与所述动载荷传递块(211)球铰在一起。
7.根据权利要求1所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述检测机构(3)还包括压头固定座(34)和磁性复位座(35)，所述压头固定座(34)固定安装在所述杠杆(23)的第二端，所述磁性复位座(35)固定安装在所述支撑架(1)上，所述磁性复位座(35)和所述压头固定座(34)相对布置，且所述磁性复位座(35)和所述压头固定座(34)均位于所述杠杆(23)和所述支撑架(1)之间。
8.根据权利要求7所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述拉压力传感器(32)的一端连接在所述压头固定座(34)上，所述拉压力传感器(32)的另一端连接在所述测试压头(31)上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述温度控制箱(33)内部装有温度传感器(331)，所述温度传感器(331)粘贴在所述温度控制箱(33)内壁上。
10.根据权利要求1-8任一项所述的岩石硬度的检测装置，其特征在于，所述支撑架(1)包括第一支板(12)及第二支板(13)，所述第二支板(13)垂直安装在所述第一支板(12)的一板面上，所述温度控制箱(33)固定在所述第一支板(12)的一板面上，所述支点调节块(22)可滑动地安装在所述第二支板(13)上，所述第一位移传感器(24)设置在所述第一支板(12)上。
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