CN207649893U - 粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，属于石油工程钻井领域，包括底座，底座上设置有高压釜和前后平移部件，前后平移部件上设置有左右平移部件，左右平移部件上设置有升降部件，升降部件上设置有旋转驱动部件和顶部框架，旋转驱动部件上连接有喷嘴，喷嘴伸入高压釜内，左右平移部件、升降部件和旋转驱动部件在前后平移部件的作用下沿Z轴方向作往复运动，升降部件和旋转驱动部件在左右平移部件的作用下沿X轴方向作往复运动，旋转驱动部件在升降部件的作用下沿Y轴方向作往复运动。本实用新型能够在围压条件下测试单个或多个喷嘴的破岩性能，测试环境接近井下真实环境，能基本替代现场测试，节省大量成本与作业时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及到石油工程钻井技术领域，尤其涉及一种粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置。
背景技术
我国的主要产油区已经陆续进入开发中后期阶段，浅层油气资源不断枯竭，稳产难度大，国内剩余油气资源40%以上分布在深层，近几年发现的11个大型油气田中，深层占8个。因此，为满足不断增长的能源需求，深层油气资源的勘探开发进程日益加快。开发深层油气资源时经常遇到硬地层和强研磨性地层，常规的油气钻井方式面临“钻速慢、周期长、成本高”的瓶颈难题。粒子冲击钻井技术的出现为突破深井硬地层和强研磨性地层面临的技术瓶颈带来了曙光。
粒子冲击钻井是将2%至5%的钢质粒子随钻井液注入井下，在射流作用下以超过1000万次/分钟的高频率和大于100米/秒的高速撞击岩石，配合钻头切屑齿进行破岩钻进的一项前瞻性钻井新技术，使用粒子冲击钻井技术在硬地层钻进一口井可节省1/3左右的钻井时间。但由于粒子冲击钻井技术在国内尚处于起步阶段，粒子射流喷嘴的破岩效果和粒子冲击钻头的综合破岩效果没有成例可循，目前国内往往采用现场试验的方式来测试粒子射流喷嘴与粒子冲击钻头的破岩性能，存在成本高、风险大且破岩之后的井眼形态无法直接观察分析的缺陷。
公开号为CN 205445473U，公开日为2016年08月10日的中国专利文献公开了一种钢粒射流冲击破岩的综合实验装置，其特征是：包括储水罐、1#蝶阀、高压泵入口管线、高压泵、高压管线、高压管线压力表、1#高压球罐、2#高压球罐、1#螺旋输送装置、2#螺旋输送装置、1#高压阀、2#高压阀、3#高压阀、4#高压阀、5#高压阀、6#高压阀、高压实验井筒入口管线、高压实验井筒压力表、试验架、高压实验井筒、岩石、调压喷嘴、高压实验井筒出口管线、砂浆泵入口管线、2#常压蝶阀、射吸漏斗、砂浆泵、1#高压转低压阀门、2#高压转低压阀门、常压溢流管线、3#高压转低压阀门、4#高压转低压阀门、液压工作站、液压管线、质量流量计、支撑面、高压分流阀；储水罐为长方体储罐，储水罐各出口均安装有过滤装置；高压泵通过高压泵入口管线与储水罐连接，高压泵入口管线安装有1#蝶阀，可控制高压泵进水；高压泵泵出高压水后，通过高压管线输送至1#高压球罐底部的1#螺旋输送装置，高压管线由1#高压阀、2#高压阀、3#高压阀、4#高压阀、5#高压阀、6#高压阀控制，高压管线压力由高压管线压力表测量；1#高压球罐、2#高压球罐为球形高压罐，由T型支撑腿支撑；1#高压球罐、2#高压球罐下部出料口分别连接1#螺旋输送装置、2#螺旋输送装置；1#螺旋输送装置、2#螺旋输送装置由五星液压马达驱动，动力来自液压工作站；1#螺旋输送装置、2#螺旋输送装置的螺杆在五星液压马达驱动下旋转，将1#高压球罐、2#高压球罐的粒子旋转到高压管线中，钢粒和高压泵泵出的水混合，形成钢粒和高压水的混合液，混合液的流量、钢粒的浓度通过质量流量计测量；混合液继续通过高压实验井筒入口管线，达到高压实验井筒中，高压实验井筒由实验架固定，高压实验井筒的入口压力由高压实验井筒压力表测量；混合液进入高压实验井筒中，依次通过高压钢管、调节接头，最终从高压喷嘴喷出，形成钢粒射流，钢粒射流冲击到岩石上，完成钢粒射流破岩过程；高压实验井筒的上部连接调压喷嘴，通过调节调压喷嘴的内径，可以调节高压实验井筒内的压力，即可以调节系统的围压；流体从调压喷嘴流出后，通过高压实验井筒出口管线输送至储水罐中。
该专利文献公开的钢粒射流冲击破岩的综合实验装置，虽然可对破岩效率的影响规律进行实验分析，但是不能真实模拟现场不同转速、钻速、围压、地层岩性条件，并在此条件下测试粒子射流喷嘴的破岩性能；模拟准确性差，无法替代现场测试。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，本实用新型能够在围压条件下测试单个或多个粒子射流喷嘴的破岩性能，测试环境接近井下真实环境，能够基本替代现场测试，节省大量成本与作业时间。
本实用新型通过下述技术方案实现：
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座，其特征在于：所述底座上设置有高压釜和前后平移部件，所述前后平移部件上设置有左右平移部件，所述左右平移部件上设置有升降部件，所述升降部件上设置有旋转驱动部件和顶部框架，所述旋转驱动部件上连接有喷嘴，喷嘴伸入高压釜内，所述左右平移部件、升降部件和旋转驱动部件在前后平移部件的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件和旋转驱动部件在左右平移部件的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件在升降部件的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件包括蜗杆、涡轮、升降从动链轮、升降主动链轮、升降驱动链条、升降液压马达和升降平台，升降液压马达固定在升降平台上，升降从动链轮通过升降驱动链条与升降主动链轮连接，升降主动链轮与升降液压马达的电机轴连接，涡轮与升降从动链轮通过轴连接，蜗杆的上端与顶部框架连接。
所述左右平移部件包括一级轴承座、一级滑块、一级驱动螺母、一级滑轨、一级从动链轮、一级驱动链条、一级主动链轮、一级液压马达、左右移动平台、一级传动丝杠，一级驱动螺母固定在左右移动平台上，蜗杆的下端固定在左右移动平台上，一级轴承座和一级驱动螺母设置在一级传动丝杠上，一级滑块固定在左右移动平台上，一级滑轨与一级滑块滑动连接，一级从动链轮设置在一级传动丝杠的端部上，一级从动链轮通过一级驱动链条与一级主动链轮连接，一级主动链轮与一级液压马达连接。
所述前后平移部件包括二级轴承座、二级滑块、二级驱动螺母、二级滑轨、二级从动链轮、二级驱动链条、二级主动链轮、二级液压马达、前后移动平台、二级传动丝杠，二级驱动螺母固定在前后移动平台上，二级驱动螺母和二级轴承座设置在二级传动丝杠上，二级从动链轮设置在二级传动丝杠的端部，二级从动链轮通过二级驱动链条与二级主动链轮连接，二级主动链轮与二级液压马达连接，二级滑块固定在前后移动平台上，二级滑轨与二级滑块滑动连接。
所述旋转驱动部件包括驱动马达、高压流体注入器、高压进液口和钻柱，驱动马达与高压流体注入器连接，高压进液口固定在高压流体注入器上，钻柱的一端贯穿高压流体注入器并与驱动马达连接，另一端与喷嘴连接。
所述高压釜包括旋转密封件和高压釜体，高压釜体的侧壁上固定有排液口，旋转密封件为多个，多个旋转密封件均匀分布在高压釜体的顶壁上。
所述底座包括二级滑轨安装平台、立柱和底板，二级滑轨安装平台通过立柱与底板连接。
本实用新型所述X轴方向是指水平的左右方向；Y轴方向是指竖直方向；Z轴方向是指水平的前后方向。
本实用新型的有益效果主要表现在以下方面：
一、本实用新型，底座上设置有高压釜和前后平移部件，前后平移部件上设置有左右平移部件，左右平移部件上设置有升降部件，升降部件上设置有旋转驱动部件和顶部框架，旋转驱动部件上连接有喷嘴，喷嘴伸入高压釜内，左右平移部件、升降部件和旋转驱动部件在前后平移部件的作用下沿Z轴方向作往复运动，升降部件和旋转驱动部件在左右平移部件的作用下沿X轴方向作往复运动，旋转驱动部件在升降部件的作用下沿Y轴方向作往复运动，作为一个完整的技术方案，采用“层级”方式运行，即第一层级：前后平移部件带动左右平移部件、升降部件与旋转驱动部件运动；第二层级：左右平移部件带动升降部件与旋转驱动部件运动；第三层级：升降部件带动旋转驱动部件运动；旋转驱动部件驱动喷嘴作旋转运动；高压釜用于容纳岩石试件并营造围压环境；较现有技术而言，功能全面、运行平稳可靠，能够真实模拟现场不同转速、钻速、围压、地层岩性条件，并在此条件下测试粒子射流喷嘴的破岩性能；同时前后平移部件与左右平移部件可实现粒子射流喷嘴在一块岩石试件上不同区域进行多次试验的功能，测试环境接近井下真实环境，能够基本替代现场测试，节省大量成本与作业时间。
二、本实用新型，升降部件包括蜗杆、涡轮、升降从动链轮、升降主动链轮、升降驱动链条、升降液压马达和升降平台，升降液压马达固定在升降平台上，升降从动链轮通过升降驱动链条与升降主动链轮连接，升降主动链轮与升降液压马达的电机轴连接，涡轮与升降从动链轮通过轴连接，蜗杆的上端与顶部框架连接，升降部件由升降液压马配合链传动，驱动蜗轮蜗杆带动升降平台沿着蜗杆上下平移，升降运行稳定，利于保障实验效果。
三、本实用新型，左右平移部件包括一级轴承座、一级滑块、一级驱动螺母、一级滑轨、一级从动链轮、一级驱动链条、一级主动链轮、一级液压马达、左右移动平台、一级传动丝杠，一级驱动螺母固定在左右移动平台上，蜗杆的下端固定在左右移动平台上，一级轴承座和一级驱动螺母设置在一级传动丝杠上，一级滑块固定在左右移动平台上，一级滑轨与一级滑块滑动连接，一级从动链轮设置在一级传动丝杠的端部上，一级从动链轮通过一级驱动链条与一级主动链轮连接，一级主动链轮与一级液压马达连接，左右平移部件由一级液压马达配合链传动，驱动一级传动丝杠带动左右移动平台在一级滑轨上实现水平方向上的左右移动，移动平稳性好。
四、本实用新型，前后平移部件包括二级轴承座、二级滑块、二级驱动螺母、二级滑轨、二级从动链轮、二级驱动链条、二级主动链轮、二级液压马达、前后移动平台、二级传动丝杠，二级驱动螺母固定在前后移动平台上，二级驱动螺母和二级轴承座设置在二级传动丝杠上，二级从动链轮设置在二级传动丝杠的端部，二级从动链轮通过二级驱动链条与二级主动链轮连接，二级主动链轮与二级液压马达连接，二级滑块固定在前后移动平台上，二级滑轨与二级滑块滑动连接，前后平移部件由二级液压马达配合链传动，驱动二级传动丝杠带动前后移动平台在二级滑轨上实现水平方向上的前后移动，移动平稳，可靠性好。
五、本实用新型，旋转驱动部件包括驱动马达、高压流体注入器、高压进液口和钻柱，驱动马达与高压流体注入器连接，高压进液口固定在高压流体注入器上，钻柱的一端贯穿高压流体注入器并与驱动马达连接，另一端与喷嘴连接，结构不仅简单，而且较为紧凑，整体性好，易于装配。
六、本实用新型，高压釜包括旋转密封件和高压釜体，高压釜体的侧壁上固定有排液口，旋转密封件为多个，多个旋转密封件均匀分布在高压釜体的顶壁上，利于容纳岩石试件并营造更好的围压环境，有助实验的测试准确性。
七、本实用新型，底座包括二级滑轨安装平台、立柱和底板，二级滑轨安装平台通过立柱与底板连接，能够为各部件提供良好的支撑，保障整个实验装置的运行稳定性。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的具体说明，其中：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型升降部件的结构示意图；
图3为本实用新型左右平移部件的结构示意图；
图4为本实用新型前后平移部件的结构示意图；
图5为本实用新型旋转驱动部件的结构示意图；
图6为本实用新型高压釜的结构示意图；
图7为本实用新型底座的结构示意图；
图中标记：1、顶部框架，2、升降部件，3、左右平移部件，4、前后平移部件，5、底座，6、岩石试件，7、高压釜，8、喷嘴，9、旋转驱动部件，2-1、蜗杆，2-2、涡轮，2-3、升降从动链轮，2-4、升降主动链轮，2-5、升降驱动链条，2-6、升降液压马达，2-7、升降平台，3-1、一级轴承座，3-2、一级滑块，3-3、一级驱动螺母，3-4、一级滑轨，3-5、一级从动链轮，3-6、一级驱动链条，3-7、一级主动链轮，3-8、一级液压马达，3-9、左右移动平台，3-10、一级传动丝杠，4-1、二级轴承座，4-2、二级滑块，4-3、二级驱动螺母，4-4、二级滑轨，4-5、二级从动链轮，4-6、二级驱动链条，4-7、二级主动链轮，4-8、二级液压马达，4-9、前后移动平台，4-10、二级传动丝杠，5-1、二级滑轨安装平台，5-2、立柱，5-3、底板，7-1、旋转密封件，7-2、高压釜体，7-3、排液口，9-1、驱动马达，9-2、高压流体注入器，9-3、高压进液口，9-4、钻柱。
具体实施方式
实施例1
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
本实施例为最基本的实施方式，底座上设置有高压釜和前后平移部件，前后平移部件上设置有左右平移部件，左右平移部件上设置有升降部件，升降部件上设置有旋转驱动部件和顶部框架，旋转驱动部件上连接有喷嘴，喷嘴伸入高压釜内，左右平移部件、升降部件和旋转驱动部件在前后平移部件的作用下沿Z轴方向作往复运动，升降部件和旋转驱动部件在左右平移部件的作用下沿X轴方向作往复运动，旋转驱动部件在升降部件的作用下沿Y轴方向作往复运动，作为一个完整的技术方案，采用“层级”方式运行，即第一层级：前后平移部件带动左右平移部件、升降部件与旋转驱动部件运动；第二层级：左右平移部件带动升降部件与旋转驱动部件运动；第三层级：升降部件带动旋转驱动部件运动；旋转驱动部件驱动喷嘴作旋转运动；高压釜用于容纳岩石试件并营造围压环境；较现有技术而言，功能全面、运行平稳可靠，能够真实模拟现场不同转速、钻速、围压、地层岩性条件，并在此条件下测试粒子射流喷嘴的破岩性能；同时前后平移部件与左右平移部件可实现粒子射流喷嘴在一块岩石试件上不同区域进行多次试验的功能，测试环境接近井下真实环境，能够基本替代现场测试，节省大量成本与作业时间。
实施例2
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件2包括蜗杆2-1、涡轮2-2、升降从动链轮2-3、升降主动链轮2-4、升降驱动链条2-5、升降液压马达2-6和升降平台2-7，升降液压马达2-6固定在升降平台2-7上，升降从动链轮2-3通过升降驱动链条2-5与升降主动链轮2-4连接，升降主动链轮2-4与升降液压马达2-6的电机轴连接，涡轮2-2与升降从动链轮2-3通过轴连接，蜗杆2-1的上端与顶部框架1连接。
本实施例为一较佳实施方式，升降部件包括蜗杆、涡轮、升降从动链轮、升降主动链轮、升降驱动链条、升降液压马达和升降平台，升降液压马达固定在升降平台上，升降从动链轮通过升降驱动链条与升降主动链轮连接，升降主动链轮与升降液压马达的电机轴连接，涡轮与升降从动链轮通过轴连接，蜗杆的上端与顶部框架连接，升降部件由升降液压马配合链传动，驱动蜗轮蜗杆带动升降平台沿着蜗杆上下平移，升降运行稳定，利于保障实验效果。
实施例3
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件2包括蜗杆2-1、涡轮2-2、升降从动链轮2-3、升降主动链轮2-4、升降驱动链条2-5、升降液压马达2-6和升降平台2-7，升降液压马达2-6固定在升降平台2-7上，升降从动链轮2-3通过升降驱动链条2-5与升降主动链轮2-4连接，升降主动链轮2-4与升降液压马达2-6的电机轴连接，涡轮2-2与升降从动链轮2-3通过轴连接，蜗杆2-1的上端与顶部框架1连接。
所述左右平移部件3包括一级轴承座3-1、一级滑块3-2、一级驱动螺母3-3、一级滑轨3-4、一级从动链轮3-5、一级驱动链条3-6、一级主动链轮3-7、一级液压马达3-8、左右移动平台3-9、一级传动丝杠3-10，一级驱动螺母3-3固定在左右移动平台3-9上，蜗杆2-1的下端固定在左右移动平台3-9上，一级轴承座3-1和一级驱动螺母3-3设置在一级传动丝杠3-10上，一级滑块3-2固定在左右移动平台3-9上，一级滑轨3-4与一级滑块3-2滑动连接，一级从动链轮3-5设置在一级传动丝杠3-10的端部上，一级从动链轮3-5通过一级驱动链条3-6与一级主动链轮3-7连接，一级主动链轮3-7与一级液压马达3-8连接。
本实施例为又一较佳实施方式，左右平移部件包括一级轴承座、一级滑块、一级驱动螺母、一级滑轨、一级从动链轮、一级驱动链条、一级主动链轮、一级液压马达、左右移动平台、一级传动丝杠，一级驱动螺母固定在左右移动平台上，蜗杆的下端固定在左右移动平台上，一级轴承座和一级驱动螺母设置在一级传动丝杠上，一级滑块固定在左右移动平台上，一级滑轨与一级滑块滑动连接，一级从动链轮设置在一级传动丝杠的端部上，一级从动链轮通过一级驱动链条与一级主动链轮连接，一级主动链轮与一级液压马达连接，左右平移部件由一级液压马达配合链传动，驱动一级传动丝杠带动左右移动平台在一级滑轨上实现水平方向上的左右移动，移动平稳性好。
实施例4
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件2包括蜗杆2-1、涡轮2-2、升降从动链轮2-3、升降主动链轮2-4、升降驱动链条2-5、升降液压马达2-6和升降平台2-7，升降液压马达2-6固定在升降平台2-7上，升降从动链轮2-3通过升降驱动链条2-5与升降主动链轮2-4连接，升降主动链轮2-4与升降液压马达2-6的电机轴连接，涡轮2-2与升降从动链轮2-3通过轴连接，蜗杆2-1的上端与顶部框架1连接。
所述左右平移部件3包括一级轴承座3-1、一级滑块3-2、一级驱动螺母3-3、一级滑轨3-4、一级从动链轮3-5、一级驱动链条3-6、一级主动链轮3-7、一级液压马达3-8、左右移动平台3-9、一级传动丝杠3-10，一级驱动螺母3-3固定在左右移动平台3-9上，蜗杆2-1的下端固定在左右移动平台3-9上，一级轴承座3-1和一级驱动螺母3-3设置在一级传动丝杠3-10上，一级滑块3-2固定在左右移动平台3-9上，一级滑轨3-4与一级滑块3-2滑动连接，一级从动链轮3-5设置在一级传动丝杠3-10的端部上，一级从动链轮3-5通过一级驱动链条3-6与一级主动链轮3-7连接，一级主动链轮3-7与一级液压马达3-8连接。
所述前后平移部件4包括二级轴承座4-1、二级滑块4-2、二级驱动螺母4-3、二级滑轨4-4、二级从动链轮4-5、二级驱动链条4-6、二级主动链轮4-7、二级液压马达4-8、前后移动平台4-9、二级传动丝杠4-10，二级驱动螺母4-3固定在前后移动平台4-9上，二级驱动螺母4-3和二级轴承座4-1设置在二级传动丝杠4-10上，二级从动链轮4-5设置在二级传动丝杠4-10的端部，二级从动链轮4-5通过二级驱动链条4-6与二级主动链轮4-7连接，二级主动链轮4-7与二级液压马达4-8连接，二级滑块4-2固定在前后移动平台4-9上，二级滑轨4-4与二级滑块4-2滑动连接。
本实施例为又一较佳实施方式，前后平移部件包括二级轴承座、二级滑块、二级驱动螺母、二级滑轨、二级从动链轮、二级驱动链条、二级主动链轮、二级液压马达、前后移动平台、二级传动丝杠，二级驱动螺母固定在前后移动平台上，二级驱动螺母和二级轴承座设置在二级传动丝杠上，二级从动链轮设置在二级传动丝杠的端部，二级从动链轮通过二级驱动链条与二级主动链轮连接，二级主动链轮与二级液压马达连接，二级滑块固定在前后移动平台上，二级滑轨与二级滑块滑动连接，前后平移部件由二级液压马达配合链传动，驱动二级传动丝杠带动前后移动平台在二级滑轨上实现水平方向上的前后移动，移动平稳，可靠性好。
实施例5
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件2包括蜗杆2-1、涡轮2-2、升降从动链轮2-3、升降主动链轮2-4、升降驱动链条2-5、升降液压马达2-6和升降平台2-7，升降液压马达2-6固定在升降平台2-7上，升降从动链轮2-3通过升降驱动链条2-5与升降主动链轮2-4连接，升降主动链轮2-4与升降液压马达2-6的电机轴连接，涡轮2-2与升降从动链轮2-3通过轴连接，蜗杆2-1的上端与顶部框架1连接。
所述左右平移部件3包括一级轴承座3-1、一级滑块3-2、一级驱动螺母3-3、一级滑轨3-4、一级从动链轮3-5、一级驱动链条3-6、一级主动链轮3-7、一级液压马达3-8、左右移动平台3-9、一级传动丝杠3-10，一级驱动螺母3-3固定在左右移动平台3-9上，蜗杆2-1的下端固定在左右移动平台3-9上，一级轴承座3-1和一级驱动螺母3-3设置在一级传动丝杠3-10上，一级滑块3-2固定在左右移动平台3-9上，一级滑轨3-4与一级滑块3-2滑动连接，一级从动链轮3-5设置在一级传动丝杠3-10的端部上，一级从动链轮3-5通过一级驱动链条3-6与一级主动链轮3-7连接，一级主动链轮3-7与一级液压马达3-8连接。
所述前后平移部件4包括二级轴承座4-1、二级滑块4-2、二级驱动螺母4-3、二级滑轨4-4、二级从动链轮4-5、二级驱动链条4-6、二级主动链轮4-7、二级液压马达4-8、前后移动平台4-9、二级传动丝杠4-10，二级驱动螺母4-3固定在前后移动平台4-9上，二级驱动螺母4-3和二级轴承座4-1设置在二级传动丝杠4-10上，二级从动链轮4-5设置在二级传动丝杠4-10的端部，二级从动链轮4-5通过二级驱动链条4-6与二级主动链轮4-7连接，二级主动链轮4-7与二级液压马达4-8连接，二级滑块4-2固定在前后移动平台4-9上，二级滑轨4-4与二级滑块4-2滑动连接。
所述旋转驱动部件9包括驱动马达9-1、高压流体注入器9-2、高压进液口9-3和钻柱9-4，驱动马达9-1与高压流体注入器9-2连接，高压进液口9-3固定在高压流体注入器9-2上，钻柱9-4的一端贯穿高压流体注入器9-2并与驱动马达9-1连接，另一端与喷嘴8连接。
本实施例为又一较佳实施方式，旋转驱动部件包括驱动马达、高压流体注入器、高压进液口和钻柱，驱动马达与高压流体注入器连接，高压进液口固定在高压流体注入器上，钻柱的一端贯穿高压流体注入器并与驱动马达连接，另一端与喷嘴连接，结构不仅简单，而且较为紧凑，整体性好，易于装配。
实施例6
粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座5，所述底座5上设置有高压釜7和前后平移部件4，所述前后平移部件4上设置有左右平移部件3，所述左右平移部件3上设置有升降部件2，所述升降部件2上设置有旋转驱动部件9和顶部框架1，所述旋转驱动部件9上连接有喷嘴8，喷嘴8伸入高压釜7内，所述左右平移部件3、升降部件2和旋转驱动部件9在前后平移部件4的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件2和旋转驱动部件9在左右平移部件3的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件9在升降部件2的作用下沿Y轴方向作往复运动。
所述升降部件2包括蜗杆2-1、涡轮2-2、升降从动链轮2-3、升降主动链轮2-4、升降驱动链条2-5、升降液压马达2-6和升降平台2-7，升降液压马达2-6固定在升降平台2-7上，升降从动链轮2-3通过升降驱动链条2-5与升降主动链轮2-4连接，升降主动链轮2-4与升降液压马达2-6的电机轴连接，涡轮2-2与升降从动链轮2-3通过轴连接，蜗杆2-1的上端与顶部框架1连接。
所述左右平移部件3包括一级轴承座3-1、一级滑块3-2、一级驱动螺母3-3、一级滑轨3-4、一级从动链轮3-5、一级驱动链条3-6、一级主动链轮3-7、一级液压马达3-8、左右移动平台3-9、一级传动丝杠3-10，一级驱动螺母3-3固定在左右移动平台3-9上，蜗杆2-1的下端固定在左右移动平台3-9上，一级轴承座3-1和一级驱动螺母3-3设置在一级传动丝杠3-10上，一级滑块3-2固定在左右移动平台3-9上，一级滑轨3-4与一级滑块3-2滑动连接，一级从动链轮3-5设置在一级传动丝杠3-10的端部上，一级从动链轮3-5通过一级驱动链条3-6与一级主动链轮3-7连接，一级主动链轮3-7与一级液压马达3-8连接。
所述前后平移部件4包括二级轴承座4-1、二级滑块4-2、二级驱动螺母4-3、二级滑轨4-4、二级从动链轮4-5、二级驱动链条4-6、二级主动链轮4-7、二级液压马达4-8、前后移动平台4-9、二级传动丝杠4-10，二级驱动螺母4-3固定在前后移动平台4-9上，二级驱动螺母4-3和二级轴承座4-1设置在二级传动丝杠4-10上，二级从动链轮4-5设置在二级传动丝杠4-10的端部，二级从动链轮4-5通过二级驱动链条4-6与二级主动链轮4-7连接，二级主动链轮4-7与二级液压马达4-8连接，二级滑块4-2固定在前后移动平台4-9上，二级滑轨4-4与二级滑块4-2滑动连接。
所述旋转驱动部件9包括驱动马达9-1、高压流体注入器9-2、高压进液口9-3和钻柱9-4，驱动马达9-1与高压流体注入器9-2连接，高压进液口9-3固定在高压流体注入器9-2上，钻柱9-4的一端贯穿高压流体注入器9-2并与驱动马达9-1连接，另一端与喷嘴8连接。
所述高压釜7包括旋转密封件7-1和高压釜体7-2，高压釜体7-2的侧壁上固定有排液口7-3，旋转密封件7-1为多个，多个旋转密封件7-1均匀分布在高压釜体7-2的顶壁上。
所述底座5包括二级滑轨安装平台5-1、立柱5-2和底板5-3，二级滑轨安装平台5-1通过立柱5-2与底板5-3连接。
本实施例为最佳实施方式，采用现有技术的旋转密封件即可。底座上设置有高压釜和前后平移部件，前后平移部件上设置有左右平移部件，左右平移部件上设置有升降部件，升降部件上设置有旋转驱动部件和顶部框架，旋转驱动部件上连接有喷嘴，喷嘴伸入高压釜内，左右平移部件、升降部件和旋转驱动部件在前后平移部件的作用下沿Z轴方向作往复运动，升降部件和旋转驱动部件在左右平移部件的作用下沿X轴方向作往复运动，旋转驱动部件在升降部件的作用下沿Y轴方向作往复运动，作为一个完整的技术方案，采用“层级”方式运行，即第一层级：前后平移部件带动左右平移部件、升降部件与旋转驱动部件运动；第二层级：左右平移部件带动升降部件与旋转驱动部件运动；第三层级：升降部件带动旋转驱动部件运动；旋转驱动部件驱动喷嘴作旋转运动；高压釜用于容纳岩石试件并营造围压环境；较现有技术而言，功能全面、运行平稳可靠，能够真实模拟现场不同转速、钻速、围压、地层岩性条件，并在此条件下测试粒子射流喷嘴的破岩性能；同时前后平移部件与左右平移部件可实现粒子射流喷嘴在一块岩石试件上不同区域进行多次试验的功能，测试环境接近井下真实环境，能够基本替代现场测试，节省大量成本与作业时间。
高压釜包括旋转密封件和高压釜体，高压釜体的侧壁上固定有排液口，旋转密封件为多个，多个旋转密封件均匀分布在高压釜体的顶壁上，利于容纳岩石试件并营造更好的围压环境，有助实验的测试准确性。
底座包括二级滑轨安装平台、立柱和底板，二级滑轨安装平台通过立柱与底板连接，能够为各部件提供良好的支撑，保障整个实验装置的运行稳定性。
整个实验装置的具体安装如下：
前后平移部件4中的二级轴承座4-1、二级滑轨4-4、二级液压马达4-8通过螺栓固定在底座5中的二级滑轨安装平台5-1上，二级驱动螺母4-3通过螺栓固定在前后移动平台4-9上；左右平移部件3中的一级轴承座3-1、一级滑轨3-4、一级液压马达3-8通过螺栓固定在前后平移部件4中的前后移动平台4-9上，一级驱动螺母3-3通过螺栓固定在左右移动平台3-9上；升降部件2中的蜗杆2-1的底部通过螺栓固定在左右移动平台3-9上，涡轮2-2、升降液压马达2-6通过螺栓固定在升降平台2-7上；顶部框架1固定在蜗杆2-1的顶部；旋转驱动部件9中的高压流体注入器9-2通过螺栓固定在升降平台2-7上；岩石试件6放在高压釜7中，高压釜7通过螺栓固定在底座5中的底板5-3上；喷嘴8或钻头通过锥螺纹旋合在旋转驱动部件9中的钻柱9-4的底部。
整个实验装置的工作流程如下：
第一步，将升降部件2中的升降液压马达2-6连接外部液压站并启动，升降液压马达2-6带动两个升降主动链轮2-4旋转，通过升降驱动链条2-5进而带动升降从动链轮2-3旋转，最终带动涡轮2-2与蜗杆2-1联动，实现升降平台2-7沿着蜗杆2-1向下移动，移动速度由进入升降液压马达2-6的油量控制。
第二步，将高压粒子浆体通过高压进液口9-3泵入高压流体注入器9-2中，再通过钻柱9-4进入喷嘴8或钻头，调制形成高速粒子射流对岩石试件6进行冲击破碎，同时升降平台2-7带动旋转驱动部件9向下运动，进而带动喷嘴8或钻头逐渐在岩石试件6上破碎形成井眼，破碎后的岩屑、钢粒子与流体通过高压釜7上的排液口7-3排出，同时排液口7-3的出口直径可自由调节，进而调节高压釜体7-2中的围压大小，旋转密封件7-1隔离高压釜7的内部与外部。
第三步，喷嘴8或钻头在岩石试件6上钻进完毕后，将升降液压马达2-6反转，则升降平台2-7沿着蜗杆2-1向上移动，同时升降平台2-7带动旋转驱动部件9向上运动，进而带动喷嘴8或钻头离开岩石试件6上已经形成的井眼。
第四步，同时启动左右平移部件3中的一级液压马达3-8与前后平移部件中的二级液压马达4-8。一级液压马达3-8上的一级主动链轮3-7通过一级驱动链条3-6带动一级从动链轮3-5旋转，进而带动一级传动丝杠3-10转动，令一级驱动螺母3-3带动左右移动平台3-9平移，由于采用“层级”组装与运行方式，左右移动平台3-9进一步带动整个升降部件2平移；而二级液压马达4-8上的二级主动链轮4-7通过二级驱动链条4-6带动二级从动链轮4-5旋转，进而带动二级传动丝杠4-10转动，令二级驱动螺母4-3带动前后移动平台4-9平移，同样，由于采用“层级”组装与运行方式，前后移动平台4-9进一步带动左右平移部件3与整个升降部件2平移，最终带动旋转驱动部件9上的钻柱9-4与喷嘴8或钻头移动，从而在高压釜7上进入另一个旋转密封件7-1，其目的是在岩石试件6的其他区域继续进行试验，为减小移动阻力，在左右平移部件3中设置安装了两个一级轴承座3-1、两组一级滑块3-2与两个一级滑轨3-4，在前后平移部件4中设置安装了两个二级轴承座4-1、两组二级滑块4-2与两个二级滑轨4-4。旋转速度与钻进扭矩可另外在驱动马达9-1上安装转速/扭矩传感器进行采集，钻压由升降液压马达2-6的工作压力换算得出。
Claims (6)
1.粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，包括底座（5），其特征在于：所述底座（5）上设置有高压釜（7）和前后平移部件（4），所述前后平移部件（4）上设置有左右平移部件（3），所述左右平移部件（3）上设置有升降部件（2），所述升降部件（2）上设置有旋转驱动部件（9）和顶部框架（1），所述旋转驱动部件（9）上连接有喷嘴（8），喷嘴（8）伸入高压釜（7）内，所述左右平移部件（3）、升降部件（2）和旋转驱动部件（9）在前后平移部件（4）的作用下沿Z轴方向作往复运动，所述升降部件（2）和旋转驱动部件（9）在左右平移部件（3）的作用下沿X轴方向作往复运动，所述旋转驱动部件（9）在升降部件（2）的作用下沿Y轴方向作往复运动。
2.根据权利要求1所述的粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，其特征在于：所述升降部件（2）包括蜗杆（2-1）、涡轮（2-2）、升降从动链轮（2-3）、升降主动链轮（2-4）、升降驱动链条（2-5）、升降液压马达（2-6）和升降平台（2-7），升降液压马达（2-6）固定在升降平台（2-7）上，升降从动链轮（2-3）通过升降驱动链条（2-5）与升降主动链轮（2-4）连接，升降主动链轮（2-4）与升降液压马达（2-6）连接，涡轮（2-2）与升降从动链轮（2-3）通过轴连接，蜗杆（2-1）的上端与顶部框架（1）连接。
3.根据权利要求2所述的粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，其特征在于：所述左右平移部件（3）包括一级轴承座（3-1）、一级滑块（3-2）、一级驱动螺母（3-3）、一级滑轨（3-4）、一级从动链轮（3-5）、一级驱动链条（3-6）、一级主动链轮（3-7）、一级液压马达（3-8）、左右移动平台（3-9）、一级传动丝杠（3-10），一级驱动螺母（3-3）固定在左右移动平台（3-9）上，蜗杆（2-1）的下端固定在左右移动平台（3-9）上，一级轴承座（3-1）和一级驱动螺母（3-3）设置在一级传动丝杠（3-10）上，一级滑块（3-2）固定在左右移动平台（3-9）上，一级滑轨（3-4）与一级滑块（3-2）滑动连接，一级从动链轮（3-5）设置在一级传动丝杠（3-10）的端部上，一级从动链轮（3-5）通过一级驱动链条（3-6）与一级主动链轮（3-7）连接，一级主动链轮（3-7）与一级液压马达（3-8）连接。
4.根据权利要求1所述的粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，其特征在于：所述前后平移部件（4）包括二级轴承座（4-1）、二级滑块（4-2）、二级驱动螺母（4-3）、二级滑轨（4-4）、二级从动链轮（4-5）、二级驱动链条（4-6）、二级主动链轮（4-7）、二级液压马达（4-8）、前后移动平台（4-9）、二级传动丝杠（4-10），二级驱动螺母（4-3）固定在前后移动平台（4-9）上，二级驱动螺母（4-3）和二级轴承座（4-1）设置在二级传动丝杠（4-10）上，二级从动链轮（4-5）设置在二级传动丝杠（4-10）的端部，二级从动链轮（4-5）通过二级驱动链条（4-6）与二级主动链轮（4-7）连接，二级主动链轮（4-7）与二级液压马达（4-8）连接，二级滑块（4-2）固定在前后移动平台（4-9）上，二级滑轨（4-4）与二级滑块（4-2）滑动连接。
5.根据权利要求1所述的粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，其特征在于：所述旋转驱动部件（9）包括驱动马达（9-1）、高压流体注入器（9-2）、高压进液口（9-3）和钻柱（9-4），驱动马达（9-1）与高压流体注入器（9-2）连接，高压进液口（9-3）固定在高压流体注入器（9-2）上，钻柱（9-4）的一端贯穿高压流体注入器（9-2）并与驱动马达（9-1）连接，另一端与喷嘴（8）连接。
6.根据权利要求1所述的粒子冲击钻井地面模拟破岩实验装置，其特征在于：所述高压釜（7）包括旋转密封件（7-1）和高压釜体（7-2），高压釜体（7-2）的侧壁上固定有排液口（7-3），旋转密封件（7-1）为多个，多个旋转密封件（7-1）均匀分布在高压釜体（7-2）的顶壁上。
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