CN214118084U - 钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，所述自进式水射流拐弯钻进试验装置由两个升降机构、调节板、连接座、试样安装架、导向管和转向器连接架组成；本实用新型的有益技术效果是：提出了一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，该方案可以对射流钻头的钻进角度和射流钻头与转向器的相对位置进行调节，从而模拟出射流钻头和转向器在多种条件下的工作效果，为实际工程提供参考依据。

Description

钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种钻进试验装置，尤其涉及一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置。

背景技术

基于自进式水射流破岩钻进技术的射流钻头，能利用高压水作为自进推力前进，前进过程中，射流钻头的前向射流能破碎岩石形成钻孔，目前，已在石油、天然气、煤层气等油气资源增产开采领域得到了广泛应用（如径向钻井技术等）。

由于自进式水射流破岩钻进技术既能利用高压水射流破碎岩石形成钻孔，又能通过水射流反冲力提供推力自由前进，因此该技术已逐渐应用于地下工程（如煤炭开采、隧道开挖）领域的地层钻孔、堵塞钻孔解堵等方面，甚至有学者提出利用自进式水射流破岩钻进技术在煤矿井下煤层中向上拐弯钻孔，在煤层中不同层位构造多分支钻孔，从而大范围均衡增加煤层透气性，如煤层树状钻孔增透技术。

与传统地面油气开采中水射流在水平方向破岩钻进不同，地下工程中水射流破岩钻孔需要根据地层倾角确定钻进角度，甚至需要自进式水射流钻头向上爬升后通过转向器拐弯至一定角度后沿岩层进行钻进。一方面，由于在不同倾斜角度的自进式水射流破岩钻进过程中，钻进角度将影响钻孔的排渣能力和射流钻头钻进阻力，从而影响射流钻进速度、钻进深度和成孔直径等钻进效果。另一方面，在自进式水射流钻头向上爬升拐弯钻进过程中，转向器及钻杆的结构、爬升高度和角度等对射流钻头和高压软管的摩擦阻力等影响很大，从而影响射流钻头对转向器的通过能力，改变射流钻头在通过转向器之后对岩层的拐弯钻进效果。因此，需要研制一种能够模拟不同钻进角度下进行自进式水射流拐弯钻进的试验测试装置，针对工程实际岩层倾斜角度，模拟测试不同水力化参数、不同爬升高度、不同钻进角度等工况下不同结构自进式水射流钻头通过不同结构钻杆及转向器后对不同强度岩体的钻进效果，从而获得射流压力及流量、钻进角度、岩体强度等参数对射流钻头钻进效率的影响规律，为现场试验优选钻头结构、水力化参数等提供研究基础。

实用新型内容

针对背景技术中的问题，本实用新型提出了一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，其创新在于：所述自进式水射流拐弯钻进试验装置由两个升降机构、调节板、连接座、试样安装架、导向管和转向器连接架组成；

所述升降机构的下端固定在地面上，两个升降机构之间间隔一定距离；两个升降机构分别记为左升降机构和右升降机构；所述升降机构由导向架和剪刀型升降机组成；导向架为U形结构，剪刀型升降机设置在导向架的内腔中，剪刀型升降机的侧壁与导向架的内壁滑动连接；

所述调节板的左端与左升降机构上的剪刀型升降机的上端转动连接，调节板的右端与连接座滑动连接，连接座的下端与右升降机构上的剪刀型升降机的上端连接；

所述试样安装架设置在调节板的上侧面上，试样安装架的轴向与调节板的轴向平行，试样安装架用于夹持试块；试样安装架左端的端面上设置有安装孔，安装孔与试块的端面连通；所述导向管的内端与安装孔固定连接，导向管的轴向与调节板的轴向平行；导向管的外端封闭，导向管外端面的中部设置有轴向通孔，轴向通孔内设置有测量管，测量管为刚性结构体，测量管能与轴向通孔相对滑动；导向管的外端面上设置有位移传感器，位移传感器能对测量管的位移量进行检测；

所述转向器连接架的内端与左升降机构的导向架的中部连接，转向器连接架的轴向朝向左升降机构的左上侧，转向器连接架的外端位于导向管的左侧；转向器连接架的外端设置有角度调节杆，角度调节杆能沿转向器连接架轴向滑动，角度调节杆端部设置有锁紧螺栓，锁紧螺栓拧紧时，角度调节杆和转向器连接架的相对位置被锁定；角度调节杆中部设置有连接板，连接板背面设置有夹块，角度调节杆套在夹块的夹孔中，角度调节杆与夹块能相对转动，且夹块能沿角度调节杆轴向滑动，夹块上的锁定螺栓拧紧时，角度调节杆与夹块的相对位置被锁定；连接板上设置有与U形螺栓匹配的连接孔，待测试的转向器通过U形螺栓箍套在连接板上；转向器的下端口上连接有钻杆，转向器的导向口位于上部；

试验时，将射流钻头设置在导向管内靠近试块的位置处，射流钻头的进水端与高压软管的出水口连接，高压软管的进水端依次穿过测量管、导向口和钻杆后与高压水源的出水口连接；测量管和高压软管位置固定，射流钻头向试块内部钻进时，高压软管会带动测量管同步移动；所述导向管的下侧面上设置有排渣口。

本实用新型的原理是：本实用新型能对两个关键位置的角度进行调节，其一是，通过控制两个升降机构处于不同的高度，可以对调节板两端的相对高度进行调节，从而调整导向管的倾斜方向，对于射流钻头而言，这就相当于在调节射流钻头的钻进角度，其二是，通过转向器连接架及角度调节杆和连接板（角度调节杆在转向器连接架轴向上的位置可调、连接板在角度调节杆轴向上的位置可调、连接板的倾斜角度可调），这就使得我们可以根据试验目的灵活地调节转向器与高压软管末段轴向以及转向器与射流钻头轴向的相对位置；

对于试验而言，我们就可以在试验中为射流钻头模拟出不同的钻进角度，以及在钻进角度确定的条件下，模拟出转向器和高压软管末段轴向不同的相对位置,以及模拟出转向器和射流钻头轴向不同的相对位置；通过调节高压水的压力参数、更换试块，可以模拟出不同的水压力条件和不同的地质条件；更换射流钻头，就可以对不同射流钻头在相应条件下的钻进效果进行模拟；根据位移传感器测得的数据，就能测试出在不同条件下射流钻头在单位时间内的钻进速度；比如，在相同钻进角度条件下，改变压力参数和更换试块，就可以测试出射流钻头在不同水压条件和地质条件下的钻进速度，又如，在相同试块条件下，改变倾斜角度，就可以测试出射流钻头在不同钻进角度条件下的钻进速度，等等；

总之，采用本实用新型方案后，技术人员可根据试验目的设计出多种多样的测试项目，使我们可以对射流钻头的钻进规律进行全面研究，以及对不同结构的射流钻头和转向器在不同条件下的工作效果进行测试。

具体实施时，剪刀型升降机可通过手摇方式驱动（本实用新型附图示出的结构为手摇式），也可通过气动或液压方式驱动；另外，剪刀型升降机还可替换为其他结构的升降机构，如伸缩式升降机构。

本实用新型的有益技术效果是：提出了一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，该方案可以对射流钻头的钻进角度和射流钻头与转向器的相对位置进行调节，从而模拟出射流钻头和转向器在多种条件下的工作效果，为实际工程提供参考依据。

附图说明

图1、本实用新型的主体结构示意图；

图2、本实用新型的侧视图（图中对导向管、转向器和钻杆作了透视处理）；

图3、导向管和试样安装架断面结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：升降机构1、导向架1-1、剪刀型升降机1-2、调节板2、连接座3、试样安装架4、导向管5、位移传感器5-1、排渣口5-2、转向器连接架6、射流钻头7、转向器8、高压软管9、高压水源10、钻杆11、测量管12、试块13。

具体实施方式

一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，其特征在于：所述自进式水射流拐弯钻进试验装置由两个升降机构1、调节板2、连接座3、试样安装架4、导向管5和转向器连接架6组成；

所述升降机构1的下端固定在地面上，两个升降机构1之间间隔一定距离；两个升降机构1分别记为左升降机构和右升降机构；所述升降机构1由导向架1-1和剪刀型升降机1-2组成；导向架1-1为U形结构，剪刀型升降机1-2设置在导向架1-1的内腔中，剪刀型升降机1-2的侧壁与导向架1-1的内壁滑动连接；

所述调节板2的左端与左升降机构上的剪刀型升降机1-2的上端转动连接，调节板2的右端与连接座3滑动连接，连接座3的下端与右升降机构上的剪刀型升降机1-2的上端连接；

所述试样安装架4设置在调节板2的上侧面上，试样安装架4的轴向与调节板2的轴向平行，试样安装架4用于夹持试块；试样安装架4左端的端面上设置有安装孔，安装孔与试块的端面连通；所述导向管5的内端与安装孔固定连接，导向管5的轴向与调节板2的轴向平行；导向管5的外端封闭，导向管5外端面的中部设置有轴向通孔，轴向通孔内设置有测量管，测量管为刚性结构体，测量管能与轴向通孔相对滑动；导向管5的外端面上设置有位移传感器，位移传感器能对测量管的位移量进行检测；

所述转向器连接架6的内端与左升降机构的导向架1-1的中部连接，转向器连接架6的轴向朝向左升降机构的左上侧，转向器连接架6的外端位于导向管5的左侧；转向器连接架6的外端设置有角度调节杆，角度调节杆能沿转向器连接架6轴向滑动，角度调节杆端部设置有锁紧螺栓，锁紧螺栓拧紧时，角度调节杆和转向器连接架6的相对位置被锁定；角度调节杆中部设置有连接板，连接板背面设置有夹块，角度调节杆套在夹块的夹孔中，角度调节杆与夹块能相对转动，且夹块能沿角度调节杆轴向滑动，夹块上的锁定螺栓拧紧时，角度调节杆与夹块的相对位置被锁定；连接板上设置有与U形螺栓匹配的连接孔，待测试的转向器通过U形螺栓箍套在连接板上；转向器的下端口上连接有钻杆，转向器的导向口位于上部；

试验时，将射流钻头设置在导向管5内靠近试块的位置处，射流钻头的进水端与高压软管的出水口连接，高压软管的进水端依次穿过测量管、导向口和钻杆后与高压水源的出水口连接；测量管和高压软管位置固定，射流钻头向试块内部钻进时，高压软管会带动测量管同步移动；所述导向管5的下侧面上设置有排渣口。排渣口的作用是：射流钻头钻进时，试块上被切下的碎渣会随着水流从排渣口排出，不同钻进角度对钻孔的排渣能力也有一定影响，具体试验时，可通过分析排渣口排出的碎渣对钻孔的排渣能力以及射流钻头的切削效果进行分析。

从图1中可见，调节板2两侧设置了多个连接耳，这是为了适应不同长度的试样安装架4，具体试验时，根据试验目不同，试块尺寸存在差异，导致试样安装架4的尺寸也存在差异，多个连接耳可以适应不同尺寸的试样安装架4的安装需求。

Claims (1)

1.一种钻进角度可调的自进式水射流拐弯钻进试验装置，其特征在于：所述自进式水射流拐弯钻进试验装置由两个升降机构（1）、调节板（2）、连接座（3）、试样安装架（4）、导向管（5）和转向器连接架（6）组成；

所述升降机构（1）的下端固定在地面上，两个升降机构（1）之间间隔一定距离；两个升降机构（1）分别记为左升降机构和右升降机构；所述升降机构（1）由导向架（1-1）和剪刀型升降机（1-2）组成；导向架（1-1）为U形结构，剪刀型升降机（1-2）设置在导向架（1-1）的内腔中，剪刀型升降机（1-2）的侧壁与导向架（1-1）的内壁滑动连接；

所述调节板（2）的左端与左升降机构上的剪刀型升降机（1-2）的上端转动连接，调节板（2）的右端与连接座（3）滑动连接，连接座（3）的下端与右升降机构上的剪刀型升降机（1-2）的上端连接；

所述试样安装架（4）设置在调节板（2）的上侧面上，试样安装架（4）的轴向与调节板（2）的轴向平行，试样安装架（4）用于夹持试块；试样安装架（4）左端的端面上设置有安装孔，安装孔与试块的端面连通；所述导向管（5）的内端与安装孔固定连接，导向管（5）的轴向与调节板（2）的轴向平行；导向管（5）的外端封闭，导向管（5）外端面的中部设置有轴向通孔，轴向通孔内设置有测量管，测量管为刚性结构体，测量管能与轴向通孔相对滑动；导向管（5）的外端面上设置有位移传感器，位移传感器能对测量管的位移量进行检测；

所述转向器连接架（6）的内端与左升降机构的导向架（1-1）的中部连接，转向器连接架（6）的轴向朝向左升降机构的左上侧，转向器连接架（6）的外端位于导向管（5）的左侧；转向器连接架（6）的外端设置有角度调节杆，角度调节杆能沿转向器连接架（6）轴向滑动，角度调节杆端部设置有锁紧螺栓，锁紧螺栓拧紧时，角度调节杆和转向器连接架（6）的相对位置被锁定；角度调节杆中部设置有连接板，连接板背面设置有夹块，角度调节杆套在夹块的夹孔中，角度调节杆与夹块能相对转动，且夹块能沿角度调节杆轴向滑动，夹块上的锁定螺栓拧紧时，角度调节杆与夹块的相对位置被锁定；连接板上设置有与U形螺栓匹配的连接孔，待测试的转向器通过U形螺栓箍套在连接板上；转向器的下端口上连接有钻杆，转向器的导向口位于上部；

试验时，将射流钻头设置在导向管（5）内靠近试块的位置处，射流钻头的进水端与高压软管的出水口连接，高压软管的进水端依次穿过测量管、导向口和钻杆后与高压水源的出水口连接；测量管和高压软管位置固定，射流钻头向试块内部钻进时，高压软管会带动测量管同步移动；所述导向管（5）的下侧面上设置有排渣口。

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