钻头齿圈复合破岩试验方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103105291A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103105291103105291A(43)申请公布日2013.05.15(21)申请号201110377685.8(22)申请日2011.11.09(71)申请人陈洪伟地址610000四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人陈洪伟(51)Int.Cl.G01M13/00(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书5页说明书5页附图1页附图1页(54)发明名称钻头齿圈复合破岩试验方法(57)摘要本发明公开了一种钻头齿圈复合破岩试验方法，包括：(a)将岩样加工成标准岩样，风干；(b)将岩块装入试验系统；(c)调整试验齿圈的移轴距、轴倾角及钻头牙爪基准尺寸；(d)调整钻头转速和试验用齿轮；(e)确定试验齿圈应施加的钻压大小；(f)控制试验齿圈破岩过程中的启动、加载、保持恒载和卸载过程，通过压力传感器及钻头转速测定仪连续测量破岩过程中的钻压、钻头转速、牙轮转速等动态参数及动态曲线；(g)测量合格破碎坑的坑深、面积和体积，获得运动与动力之间的对应关系。本发明能根据钻头的结构参数和牙齿齿面结构，模拟钻头各个齿圈上牙齿的运动和破岩状况，并通过数据采集系统和计算机处理测量这些动态参数。CN103105291ACN103529ACN103105291A权利要求书1/1页1.钻头齿圈复合破岩试验方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)首先将采集的露头岩样加工成复合破岩实验用的标准岩样，然后将加工好的标准岩样在自然状态下风干；(b)试验时先将切割好的岩块装入试验系统内；(c)根据钻头的结构参数和试验齿圈在钻头的位置，在试验机上调整好试验齿圈的移轴距、轴倾角及钻头牙爪基准尺寸C值；(d)根据全钻头的仿真试验结果，调整钻头转速；并按试验齿圈的牙轮与钻头转速的一定传动比，调整好试验用齿轮；(e)根据全钻头的仿真试验结果，确定试验齿圈应施加的钻压大小；(f)启动电机使试验机转盘转动，控制试验齿圈破岩过程中的启动、加载、保持恒载和卸载过程，同时通过压力传感器及钻头转速测定仪实时连续测量破岩过程中的钻压、钻头转速、牙轮转速等动态参数及动态曲线，另外还获得一个无重复破碎坑的破碎井底；(g)测量合格破碎坑的坑深、面积和体积，获得破碎坑的形貌与钻头齿圈上牙齿破岩过程中运动与动力之间的对应关系。2.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验方法，其特征在于，所述步骤(a)中，标准岩样的尺寸为300×300×300mm3。3.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验方法，其特征在于，所述步骤(a)中，风干时间为两周以上。4.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验方法，其特征在于，所述步骤(b)中，岩块装入试验系统的岩石夹持器盒内。5.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验方法，其特征在于，所述步骤(f)中，通过操作控制台自动控制试验齿圈破岩过程中的启动、加载、保持恒载和卸载过程。2CN103105291A说明书1/5页钻头齿圈复合破岩试验方法技术领域[0001]本发明涉及一种钻头齿圈复合破岩试验方法。背景技术[0002]在石油钻井中，钻头是破碎地层岩石的主要工具，是石油钻井工程中提高机械钻速、降低钻井成本的重要手段。为了提高钻头的破岩效率，达到降低成本的目的，就必须针对不同的钻井地层设计和选用适合地层特性的钻头。目前国内外研究钻头破岩效率的主要方法有现场试验和室内试验，现场试验就是针对不同地层设计好的钻头在现场的应用，然后再修改设计和重新加工，这样开发一种特性钻头需要的周期长，成本高；室内主要的试验方法有单齿垂直压入试验、钻头齿圈复合运动破岩试验和全尺寸钻头钻进试验。[0003]目前针对钻头研究开展的试验主要是全尺寸钻头试验和钻头齿圈复合运动破岩试验，全钻头试验主要是检测新型钻头钻进不同地层岩石的破碎规律；钻头齿圈复合运动破岩试验主要是研究不同钻头结构参数、齿面结构和钻进参数与地层岩石的破碎规律。现有全钻头试验和钻头齿圈复合运动破岩试验的测试系统主要是由传感器、转速测定仪以及数据采集卡采集试验过程中的钻头、牙轮和齿圈转速脉冲信号；由传感器、动态应变仪以及数据采集卡采集试验过程中的钻头位移、钻压及扭矩模拟信号。但是随着钻头研究进一步的深化，现有钻头试验测试系统存在很多问题已经不能满足现阶段钻头研究和新产品开发的需要，比如：研究钻头及5个牙齿的运动和受力情况，现有两张8通道数据采集卡的模拟量通道不够，不能全面满足试验需要的扩展功能；由于液压系统、电机和环境等的影响，动态应变仪采集的信号含有大量的噪声，试验数据准确性不高；动态应变仪和数据采集卡等硬件设备价格昂贵，测试系统硬件成本高等。因此迫切需要建立一套基于现代测试技术的钻头试