岩石比能测定仪的制作方法
岩石比能测定仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及了石油天然气勘探钻井技术领域，特别设及一种岩石比能测定 仪。
【背景技术】
[0002] 岩石破碎通常指采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。目 前评价岩石破碎难易程度多W岩石可钻性极值的方法为参考。岩石可钻性极值指在特定钻 压、转速条件下，微钻头在岩样中钻进一定位移所用时间的函数，即Kd=log2t。
[0003] 使用可钻性极值的方法来评价岩石破碎难易程度通常使用岩石可钻性试验仪。通 过对采自地层的岩石样品两端车平，夹持在台架上，更换微钻头，可W测定牙轮钻头和PDC 钻头的可钻性。具体地说，工作人员要事先设定好微钻头的钻压W及转速，计算钻进岩样一 定位移所用的时间。
[0004] 随着钻井技术的发展，各种破岩方式越来越多，W及井下情况的复杂，影响岩石破 碎的因素众多，特别是岩石温度、地应力状态、或欠平衡钻井对钻速影响很大，设定特定的 钻压、转速评价不同岩石破碎的难易程度也是不可靠的。例如，硬度不一样的岩石，如果都 采用岩石可钻性试验仪对微钻头设定能钻进岩石的钻压W及转速，虽然都能使岩石破碎， 但是不能测算出岩石破碎的临界值。因此，岩石可钻性极值方法不能真实可靠的反应岩石 破碎的难易程度。 【实用新型内容】
[0005] 为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种岩石 比能测定仪来测定破岩能耗，利用本实用新型的岩石比能测定仪可W对不同岩性的岩石破 碎能耗进行测定。
[0006] 本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0007] 一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，它包括；工作台，其上开设有贯通 所述工作台的开口；限位机构，用于将所述岩样限位在所述工作台的开口上方；用于钻取 所述岩样的钻取机构，其位于所述工作台开口的下方，所述钻取机构包括钻头和与所述钻 头固定连接的第一轴；用于带动所述第一轴转动的转动机构；与所述第一轴连接的移动机 构，其能带动所述第一轴相对所述工作台滑动，W使得所述钻头伸入所述工作台的开口内。 [000引优选地，所述转动机构包括；为所述钻头提供动力的电机，所述电机具有一转轴； 主动轮，其套设在所述电机的转轴上，所述主动轮能随所述电机的转轴转动；皮带，其部分 套设在所述主动轮的外缘，所述主动轮能带动所述皮带传动；能转动的从动轮，其通过皮带 与所述主动轮相传动连接，所述从动轮上开设有槽，所述第一轴上具有与所述槽配合的键， 所述从动轮能带动所述第一轴转动。
[0009] 优选地，所述移动机构包括累W及与所述累相连接的液压缸，所述液压缸内具有 活塞W及一端与所述活塞相连接的第二轴，所述第二轴的另一端通过轴承与所述第一轴相 连接，所述活塞能带动所述第二轴在所述液压缸内移动。
[0010] 优选地，所述第一轴还分别设置有用于监测所述第一轴扭矩的扭矩传感器W及用 于监测所述第一轴位移变化量的位移传感器。
[0011] 优选地，所述累与所述液压缸之间还设有至少一个阀W及与所述阀相连接的压力 传感器，所述阀能控制所述活塞的往复运动，所述压力传感器能检测出所述累加载在所述 活塞上的压强。
[0012] 优选地，所述移动机构还包括设置在所述累上的第一控制器，所述第一控制器控 制所述累W恒定压力输出液体。
[0013] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台下方的岩屑盘，所述岩屑盘 能承接钻取岩石后的岩屑。
[0014] 优选地，所述电机为伺服电机，所述伺服电机由第二控制器控制输出转速。
[0015] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台上方能罩住所述岩样的框 架，所述限位机构能相对所述框架滑动，并限位所述岩样于所述工作台的开口处。
[0016] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括固定架，所述从动轮通过轴承外圈固定在所 述固定架上。
[0017] 岩石比能测定仪可W对不同钻头破碎岩石所需能耗进行测定，利用岩石比能参数 能够更加准确、全面地反应岩石破碎难易程度，对指导钻头选型、地层强度评价，优化钻井 参数、保证井下安全和生产管理等方面有十分重要的意义。本实用新型具有结构简单、操作 方便、安全可靠的特点。
【附图说明】
[001引在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图W任何方式来限制本实用新型公开的 范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理 解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新 型的教导下，可W根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
[0019] 图1示出了本实用新型岩石比能测定仪的结构示意图。
[0020]W上附图的附图标记；1、岩样；2、钻头；3、岩屑盘；4、从动轮；5、键；6、第一轴；7、 扭矩传感器；8、轴承；9、第二轴；10、活塞；11、液压缸；12、上腔放空阀；13、回程阀；14、下 腔放空阀；15、加载阀；16、压力传感器；17、累；18、第一控制器；19、位移传感器；20、固定 架；21、电机；22、第二控制器；23、主动轮；24、皮带；25、工作台；26、框架；27、限位机构。
【具体实施方式】
[0021] 结合附图和本实用新型【具体实施方式】的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的 细节。但是，在此描述的本实用新型的【具体实施方式】，仅用于解释本实用新型的目的，而不 能W任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可W构想 基于本实用新型的任意可能的变形，该些都应被视为属于本实用新型的范围。
[002引如图1所示，本实用新型提供了一种测定岩石比能的岩石比能测定仪，它包括：工 作台25、限位机构27、钻取机构、转动机构W及移动机构。工作台25的面板水平放置，其上 开设有贯通所述工作台25的开口。限位机构27用于限位所述岩样1于所述工作台25的 开口上方。钻取机构用于钻取所述岩样1，其位于所述工作台25开口的下方，所述钻取机构 包括钻头2和与所述钻头2固定连接的第一轴6。转动机构用于带动所述第一轴6转动； 移动机构与所述第一轴6连接，其能带动所述第一轴6相对所述工作台25滑动，W使得所 述钻头2伸入所述工作台25的开口内。
[0023] 具体地说，工作台25为一长方形的面板，其可W由金属或木质材质制成。工作台 25的中屯、位置开设有一开口，该开口贯通工作台25的上下台面。开口的形状可W为正方 形、长方形、圆形或者任意能使钻头2伸入开口的形状。
[0024] 限位机构27可W设置于工作台25的上方，更具体地说，可W设置在工作台25开 口的正上方，当然也不限于此，只要限位机构27能限位岩样1于工作台25的开口上方即 可。限位机构27具体可W为丝杠。
[0025] 钻取机构设置于工作台25的下方，钻取机构包括钻头2和与所述钻头2固定连接 的第一轴6,应该认为该钻头2的尺寸可W伸进工作台25的开口中W钻取置于开口处的岩 样1。钻头2可W为PDC钻头、牙轮钻头、孕镶钻头、复合钻头等等。
[0026] 转动机构与钻取机构的第一轴6传动连接，用于带动所述第一轴6转动。进一步 地说，所述转动机构包括；为钻头2提供动力的电机21、主动轮23、皮带24W及从动轮4。 所述电机21具有一转轴，主动轮23套设在所述电机21的转轴上，所述主动轮23能随所述 电机21的转轴转动。皮带24部分套设在所述主动轮23的外缘，所述主动轮23能带动所 述皮带24传动。具体地说，主动轮23的外缘上具有一圈间距相等的第一齿，该皮带24上 具有能晒合进该第一齿中的第二齿，通过第一齿与第二齿的相互晒合实现主动轮23带动 皮带24的传动。从动轮4也通过皮带24与所述主动轮23相传动连接，从动轮4的外缘上 具有一圈第=齿，该第=齿能与皮带24上的第二齿配合，由皮带24带动从动轮4转动。另 夕F，所述从动轮4的中屯、处开设有槽，所述第一轴6上具有与所述槽配合的键5,通过键槽 结构使所述从动轮4能带动所述第一轴6转动，进而另第一轴6带动钻头2转动，钻取岩样 1。所述键5可W为滑动 键，或者其它能实现从动轮4与第一轴6连接的键。
[0027]移动机构为所述第一轴6提供向上的加载力。由于岩样1静置在工作台25的开 口上方，随着钻头2钻取岩样1，岩样1逐渐被钻过，所W移动机构要一直提供第一轴6向上 的加载力，W使得钻头2逐渐钻穿岩样1。所述移动机构包括累17W及与所述累17相连接 的液压缸11，所述液压缸11内具有活塞10W及一端与所述活塞10相连接的第二轴9,所 述第二轴9的另一端通过轴承8与所述第一轴6相连接，所述活塞10能带动所述第二轴9 在所述液压缸11内移动。也就是说，移动机构的动力由液压缸11提供，向液压缸11内加 液压，液压缸11内的活塞10被液压推动逐渐向上产生加载力，由于活塞10与第二轴9相 连接，而第二轴9的另一端通过轴承8与所述第一轴6相连接，因此加载力逐次作用于第一 轴6上的钻头2向上运动，逐渐钻穿岩样1。
[002引本实用新型岩石比能测定仪可W利用公式
[0029] 其中；MSE--比能；
[0030] TOR--扭矩；
[0031] RPM--转速；
[0032] W0B--钻压；
[0033] ROP--钻速；
[0034] Dia--钻头直径。
[0035] 对不同钻头破碎各类岩石所需能耗进行测定。具体可W测定钻头钻速与比能的关 系、钻压与比能的关系、转速与比能的关系，W及扭矩与比能的关系。利用岩石比能参数能 够更加准确、全面地反应岩石破碎难易程度，对指导钻头选型、地层强度评价，优化钻井参 数、保证井下安全和生产管理等方面有十分重要的意义。
[0036] 在优选的实施方式中，所述第一轴6还分别设置有扭矩传感器7和位移传感器19， 所述扭矩传感器7能监测所述第一轴6的扭矩，所述位移传感器19能监测所述第一轴6的 位移变化量。具体地说，扭矩传感器7可W检测第一轴6的扭矩变化。位移传感器19可W 通过检测第一轴6的位移变化量来测得钻取岩石的深度。
[0037] 另外，所述累17与所述液压缸11之间还设有至少一个阀W及与所述阀相连接的 压力传感器16,所述阀能控制所述活塞10的往复运动，所述压力传感器16能检测出所述累 17加载在所述活塞10上的压强，通过活塞10面积与压强的乘积得出加载力的值。进一步 地说，所述至少一个阀可W包括上腔放空阀12、回程阀13、下腔放空阀14W及加载阀15。 开启上腔放空阀12、加载阀15,关闭回程阀13、下腔放空阀14,活塞10在累17推动下上行， 开启回程阀13、下腔放空阀14,关闭上腔放空阀12、加载阀15,活塞10在累17的推动下下 行退回。压力传感器16设置在累17的出口端，其中，累17具体可W为恒压累，通过改变恒 压累的输出压力值改变加载力的大小。
[003引此外，所述移动机构还包括设置在所述累17上的第一控制器18,所述第一控制器 18控制所述累17W恒定压力输出液体，推动液压缸11内的活塞10带动第二轴9直线上行 施加钻压。所述控制器可W为伺服控制器。
[0039] 进一步地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台25下方的岩屑盘3,第一 轴6穿过岩屑盘3与钻头2连接，所述岩屑盘3能承接钻取岩石的岩屑。所述电机21为伺 服电机，所述伺服电机由第二控制器22控制输出转速，其中，第二控制器22也可W为伺服 控制器。
[0040] 该岩石比能测定仪还包括位于所述工作台25上方能罩住所述岩样1的框架26,所 述限位机构27穿过所述框架26限位所述岩样1于所述工作台25开口上方。框架26可W 整个放置在工作台25的台面上，罩住岩样1。当然地，框架26可W固定在工作台25上，框 架26的上部具有可W打开框架26的盖子，岩样1由此送入工作台25。框架26可W由金属 或木质材质制成，W防止钻取岩样1过程中，岩样1的意外飞出砸伤工作人员。另外，框架 26的形式也不限于此，它也可W为能罩住岩样1的玻璃罩。
[0041] 此外，所述岩石比能测定仪还包括固定架20,所述从动轮4通过轴承外圈固定在 所述固定架20上，使从动轮4只做转动不移动。
[0042] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0043] 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术 的人±能够了解本实用新型的内容并据W实施，并不能W此限制本实用新型的保护范围。 凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，其特征在于，它包括： 工作台，其上开设有贯通所述工作台的开口； 限位机构，用于将所述岩样限位在所述工作台的开口上方； 用于钻取所述岩样的钻取机构，其位于所述工作台开口的下方，所述钻取机构包括钻 头和与所述钻头固定连接的第一轴； 用于带动所述第一轴转动的转动机构； 与所述第一轴连接的移动机构，其能带动所述第一轴相对所述工作台滑动，以使得所 述钻头伸入所述工作台的开口内。2. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述转动机构包括： 为所述钻头提供动力的电机，所述电机具有一转轴； 主动轮，其套设在所述电机的转轴上，所述主动轮能随所述电机的转轴转动； 皮带，其部分套设在所述主动轮的外缘，所述主动轮能带动所述皮带传动； 能转动的从动轮，其通过皮带与所述主动轮相传动连接，所述从动轮上开设有槽，所述 第一轴上具有与所述槽配合的键，所述从动轮能带动所述第一轴转动。3. 根据权利要求1或2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述移动机构包括泵以 及与所述泵相连接的液压缸，所述液压缸内具有活塞以及一端与所述活塞相连接的第二 轴，所述第二轴的另一端通过轴承与所述第一轴相连接，所述活塞能带动所述第二轴在所 述液压缸内移动。4. 根据权利要求1或2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述第一轴还分别设置 有用于监测所述第一轴扭矩的扭矩传感器以及用于监测所述第一轴位移变化量的位移传 感器。5. 根据权利要求3所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述泵与所述液压缸之间还 设有至少一个阀以及与所述阀相连接的压力传感器，所述阀能控制所述活塞的往复运动， 所述压力传感器能检测出所述泵加载在所述活塞上的压强。6. 根据权利要求3所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述移动机构还包括设置在 所述泵上的第一控制器，所述第一控制器控制所述泵以恒定压力输出液体。7. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 位于所述工作台下方的岩肩盘，所述岩肩盘能承接钻取岩石后的岩肩。8. 根据权利要求2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述电机为伺服电机，所述伺 服电机由第二控制器控制输出转速。9. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 位于所述工作台上方能罩住所述岩样的框架，所述限位机构能相对所述框架滑动，并限位 所述岩样于所述工作台的开口处。10. 根据权利要求2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 固定架，所述从动轮通过轴承外圈固定在所述固定架上。
【专利摘要】本实用新型提供一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，它包括：工作台、限位机构、钻取机构、转动机构以及移动机构。工作台上开设有贯通工作台的开口；限位机构用于将岩样限位在工作台的开口上方。钻取机构用于钻取岩样，其位于工作台开口的下方，钻取机构包括钻头和与钻头固定连接的第一轴；转动机构用于带动第一轴转动；移动机构与第一轴连接，其能带动第一轴相对工作台滑动，以使得钻头伸入工作台的开口内。利用本实用新型的岩石比能测定仪可以对不同岩性的岩石破碎能耗进行测定。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN204705634
【申请号】CN201520343006
【发明人】赵飞, 崔猛, 汪海阁, 纪国栋
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月25日
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及了石油天然气勘探钻井技术领域，特别设及一种岩石比能测定 仪。
【背景技术】
[0002] 岩石破碎通常指采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。目 前评价岩石破碎难易程度多W岩石可钻性极值的方法为参考。岩石可钻性极值指在特定钻 压、转速条件下，微钻头在岩样中钻进一定位移所用时间的函数，即Kd=log2t。
[0003] 使用可钻性极值的方法来评价岩石破碎难易程度通常使用岩石可钻性试验仪。通 过对采自地层的岩石样品两端车平，夹持在台架上，更换微钻头，可W测定牙轮钻头和PDC 钻头的可钻性。具体地说，工作人员要事先设定好微钻头的钻压W及转速，计算钻进岩样一 定位移所用的时间。
[0004] 随着钻井技术的发展，各种破岩方式越来越多，W及井下情况的复杂，影响岩石破 碎的因素众多，特别是岩石温度、地应力状态、或欠平衡钻井对钻速影响很大，设定特定的 钻压、转速评价不同岩石破碎的难易程度也是不可靠的。例如，硬度不一样的岩石，如果都 采用岩石可钻性试验仪对微钻头设定能钻进岩石的钻压W及转速，虽然都能使岩石破碎， 但是不能测算出岩石破碎的临界值。因此，岩石可钻性极值方法不能真实可靠的反应岩石 破碎的难易程度。 【实用新型内容】
[0005] 为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种岩石 比能测定仪来测定破岩能耗，利用本实用新型的岩石比能测定仪可W对不同岩性的岩石破 碎能耗进行测定。
[0006] 本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0007] 一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，它包括；工作台，其上开设有贯通 所述工作台的开口；限位机构，用于将所述岩样限位在所述工作台的开口上方；用于钻取 所述岩样的钻取机构，其位于所述工作台开口的下方，所述钻取机构包括钻头和与所述钻 头固定连接的第一轴；用于带动所述第一轴转动的转动机构；与所述第一轴连接的移动机 构，其能带动所述第一轴相对所述工作台滑动，W使得所述钻头伸入所述工作台的开口内。 [000引优选地，所述转动机构包括；为所述钻头提供动力的电机，所述电机具有一转轴； 主动轮，其套设在所述电机的转轴上，所述主动轮能随所述电机的转轴转动；皮带，其部分 套设在所述主动轮的外缘，所述主动轮能带动所述皮带传动；能转动的从动轮，其通过皮带 与所述主动轮相传动连接，所述从动轮上开设有槽，所述第一轴上具有与所述槽配合的键， 所述从动轮能带动所述第一轴转动。
[0009] 优选地，所述移动机构包括累W及与所述累相连接的液压缸，所述液压缸内具有 活塞W及一端与所述活塞相连接的第二轴，所述第二轴的另一端通过轴承与所述第一轴相 连接，所述活塞能带动所述第二轴在所述液压缸内移动。
[0010] 优选地，所述第一轴还分别设置有用于监测所述第一轴扭矩的扭矩传感器W及用 于监测所述第一轴位移变化量的位移传感器。
[0011] 优选地，所述累与所述液压缸之间还设有至少一个阀W及与所述阀相连接的压力 传感器，所述阀能控制所述活塞的往复运动，所述压力传感器能检测出所述累加载在所述 活塞上的压强。
[0012] 优选地，所述移动机构还包括设置在所述累上的第一控制器，所述第一控制器控 制所述累W恒定压力输出液体。
[0013] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台下方的岩屑盘，所述岩屑盘 能承接钻取岩石后的岩屑。
[0014] 优选地，所述电机为伺服电机，所述伺服电机由第二控制器控制输出转速。
[0015] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台上方能罩住所述岩样的框 架，所述限位机构能相对所述框架滑动，并限位所述岩样于所述工作台的开口处。
[0016] 优选地，所述岩石比能测定仪还包括固定架，所述从动轮通过轴承外圈固定在所 述固定架上。
[0017] 岩石比能测定仪可W对不同钻头破碎岩石所需能耗进行测定，利用岩石比能参数 能够更加准确、全面地反应岩石破碎难易程度，对指导钻头选型、地层强度评价，优化钻井 参数、保证井下安全和生产管理等方面有十分重要的意义。本实用新型具有结构简单、操作 方便、安全可靠的特点。
【附图说明】
[001引在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图W任何方式来限制本实用新型公开的 范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理 解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新 型的教导下，可W根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
[0019] 图1示出了本实用新型岩石比能测定仪的结构示意图。
[0020]W上附图的附图标记；1、岩样；2、钻头；3、岩屑盘；4、从动轮；5、键；6、第一轴；7、 扭矩传感器；8、轴承；9、第二轴；10、活塞；11、液压缸；12、上腔放空阀；13、回程阀；14、下 腔放空阀；15、加载阀；16、压力传感器；17、累；18、第一控制器；19、位移传感器；20、固定 架；21、电机；22、第二控制器；23、主动轮；24、皮带；25、工作台；26、框架；27、限位机构。
【具体实施方式】
[0021] 结合附图和本实用新型【具体实施方式】的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的 细节。但是，在此描述的本实用新型的【具体实施方式】，仅用于解释本实用新型的目的，而不 能W任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可W构想 基于本实用新型的任意可能的变形，该些都应被视为属于本实用新型的范围。
[002引如图1所示，本实用新型提供了一种测定岩石比能的岩石比能测定仪，它包括：工 作台25、限位机构27、钻取机构、转动机构W及移动机构。工作台25的面板水平放置，其上 开设有贯通所述工作台25的开口。限位机构27用于限位所述岩样1于所述工作台25的 开口上方。钻取机构用于钻取所述岩样1，其位于所述工作台25开口的下方，所述钻取机构 包括钻头2和与所述钻头2固定连接的第一轴6。转动机构用于带动所述第一轴6转动； 移动机构与所述第一轴6连接，其能带动所述第一轴6相对所述工作台25滑动，W使得所 述钻头2伸入所述工作台25的开口内。
[0023] 具体地说，工作台25为一长方形的面板，其可W由金属或木质材质制成。工作台 25的中屯、位置开设有一开口，该开口贯通工作台25的上下台面。开口的形状可W为正方 形、长方形、圆形或者任意能使钻头2伸入开口的形状。
[0024] 限位机构27可W设置于工作台25的上方，更具体地说，可W设置在工作台25开 口的正上方，当然也不限于此，只要限位机构27能限位岩样1于工作台25的开口上方即 可。限位机构27具体可W为丝杠。
[0025] 钻取机构设置于工作台25的下方，钻取机构包括钻头2和与所述钻头2固定连接 的第一轴6,应该认为该钻头2的尺寸可W伸进工作台25的开口中W钻取置于开口处的岩 样1。钻头2可W为PDC钻头、牙轮钻头、孕镶钻头、复合钻头等等。
[0026] 转动机构与钻取机构的第一轴6传动连接，用于带动所述第一轴6转动。进一步 地说，所述转动机构包括；为钻头2提供动力的电机21、主动轮23、皮带24W及从动轮4。 所述电机21具有一转轴，主动轮23套设在所述电机21的转轴上，所述主动轮23能随所述 电机21的转轴转动。皮带24部分套设在所述主动轮23的外缘，所述主动轮23能带动所 述皮带24传动。具体地说，主动轮23的外缘上具有一圈间距相等的第一齿，该皮带24上 具有能晒合进该第一齿中的第二齿，通过第一齿与第二齿的相互晒合实现主动轮23带动 皮带24的传动。从动轮4也通过皮带24与所述主动轮23相传动连接，从动轮4的外缘上 具有一圈第=齿，该第=齿能与皮带24上的第二齿配合，由皮带24带动从动轮4转动。另 夕F，所述从动轮4的中屯、处开设有槽，所述第一轴6上具有与所述槽配合的键5,通过键槽 结构使所述从动轮4能带动所述第一轴6转动，进而另第一轴6带动钻头2转动，钻取岩样 1。所述键5可W为滑动 键，或者其它能实现从动轮4与第一轴6连接的键。
[0027]移动机构为所述第一轴6提供向上的加载力。由于岩样1静置在工作台25的开 口上方，随着钻头2钻取岩样1，岩样1逐渐被钻过，所W移动机构要一直提供第一轴6向上 的加载力，W使得钻头2逐渐钻穿岩样1。所述移动机构包括累17W及与所述累17相连接 的液压缸11，所述液压缸11内具有活塞10W及一端与所述活塞10相连接的第二轴9,所 述第二轴9的另一端通过轴承8与所述第一轴6相连接，所述活塞10能带动所述第二轴9 在所述液压缸11内移动。也就是说，移动机构的动力由液压缸11提供，向液压缸11内加 液压，液压缸11内的活塞10被液压推动逐渐向上产生加载力，由于活塞10与第二轴9相 连接，而第二轴9的另一端通过轴承8与所述第一轴6相连接，因此加载力逐次作用于第一 轴6上的钻头2向上运动，逐渐钻穿岩样1。
[002引本实用新型岩石比能测定仪可W利用公式
[0029] 其中；MSE--比能；
[0030] TOR--扭矩；
[0031] RPM--转速；
[0032] W0B--钻压；
[0033] ROP--钻速；
[0034] Dia--钻头直径。
[0035] 对不同钻头破碎各类岩石所需能耗进行测定。具体可W测定钻头钻速与比能的关 系、钻压与比能的关系、转速与比能的关系，W及扭矩与比能的关系。利用岩石比能参数能 够更加准确、全面地反应岩石破碎难易程度，对指导钻头选型、地层强度评价，优化钻井参 数、保证井下安全和生产管理等方面有十分重要的意义。
[0036] 在优选的实施方式中，所述第一轴6还分别设置有扭矩传感器7和位移传感器19， 所述扭矩传感器7能监测所述第一轴6的扭矩，所述位移传感器19能监测所述第一轴6的 位移变化量。具体地说，扭矩传感器7可W检测第一轴6的扭矩变化。位移传感器19可W 通过检测第一轴6的位移变化量来测得钻取岩石的深度。
[0037] 另外，所述累17与所述液压缸11之间还设有至少一个阀W及与所述阀相连接的 压力传感器16,所述阀能控制所述活塞10的往复运动，所述压力传感器16能检测出所述累 17加载在所述活塞10上的压强，通过活塞10面积与压强的乘积得出加载力的值。进一步 地说，所述至少一个阀可W包括上腔放空阀12、回程阀13、下腔放空阀14W及加载阀15。 开启上腔放空阀12、加载阀15,关闭回程阀13、下腔放空阀14,活塞10在累17推动下上行， 开启回程阀13、下腔放空阀14,关闭上腔放空阀12、加载阀15,活塞10在累17的推动下下 行退回。压力传感器16设置在累17的出口端，其中，累17具体可W为恒压累，通过改变恒 压累的输出压力值改变加载力的大小。
[003引此外，所述移动机构还包括设置在所述累17上的第一控制器18,所述第一控制器 18控制所述累17W恒定压力输出液体，推动液压缸11内的活塞10带动第二轴9直线上行 施加钻压。所述控制器可W为伺服控制器。
[0039] 进一步地，所述岩石比能测定仪还包括位于所述工作台25下方的岩屑盘3,第一 轴6穿过岩屑盘3与钻头2连接，所述岩屑盘3能承接钻取岩石的岩屑。所述电机21为伺 服电机，所述伺服电机由第二控制器22控制输出转速，其中，第二控制器22也可W为伺服 控制器。
[0040] 该岩石比能测定仪还包括位于所述工作台25上方能罩住所述岩样1的框架26,所 述限位机构27穿过所述框架26限位所述岩样1于所述工作台25开口上方。框架26可W 整个放置在工作台25的台面上，罩住岩样1。当然地，框架26可W固定在工作台25上，框 架26的上部具有可W打开框架26的盖子，岩样1由此送入工作台25。框架26可W由金属 或木质材质制成，W防止钻取岩样1过程中，岩样1的意外飞出砸伤工作人员。另外，框架 26的形式也不限于此，它也可W为能罩住岩样1的玻璃罩。
[0041] 此外，所述岩石比能测定仪还包括固定架20,所述从动轮4通过轴承外圈固定在 所述固定架20上，使从动轮4只做转动不移动。
[0042] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0043] 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术 的人±能够了解本实用新型的内容并据W实施，并不能W此限制本实用新型的保护范围。 凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，其特征在于，它包括： 工作台，其上开设有贯通所述工作台的开口； 限位机构，用于将所述岩样限位在所述工作台的开口上方； 用于钻取所述岩样的钻取机构，其位于所述工作台开口的下方，所述钻取机构包括钻 头和与所述钻头固定连接的第一轴； 用于带动所述第一轴转动的转动机构； 与所述第一轴连接的移动机构，其能带动所述第一轴相对所述工作台滑动，以使得所 述钻头伸入所述工作台的开口内。2. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述转动机构包括： 为所述钻头提供动力的电机，所述电机具有一转轴； 主动轮，其套设在所述电机的转轴上，所述主动轮能随所述电机的转轴转动； 皮带，其部分套设在所述主动轮的外缘，所述主动轮能带动所述皮带传动； 能转动的从动轮，其通过皮带与所述主动轮相传动连接，所述从动轮上开设有槽，所述 第一轴上具有与所述槽配合的键，所述从动轮能带动所述第一轴转动。3. 根据权利要求1或2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述移动机构包括泵以 及与所述泵相连接的液压缸，所述液压缸内具有活塞以及一端与所述活塞相连接的第二 轴，所述第二轴的另一端通过轴承与所述第一轴相连接，所述活塞能带动所述第二轴在所 述液压缸内移动。4. 根据权利要求1或2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述第一轴还分别设置 有用于监测所述第一轴扭矩的扭矩传感器以及用于监测所述第一轴位移变化量的位移传 感器。5. 根据权利要求3所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述泵与所述液压缸之间还 设有至少一个阀以及与所述阀相连接的压力传感器，所述阀能控制所述活塞的往复运动， 所述压力传感器能检测出所述泵加载在所述活塞上的压强。6. 根据权利要求3所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述移动机构还包括设置在 所述泵上的第一控制器，所述第一控制器控制所述泵以恒定压力输出液体。7. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 位于所述工作台下方的岩肩盘，所述岩肩盘能承接钻取岩石后的岩肩。8. 根据权利要求2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述电机为伺服电机，所述伺 服电机由第二控制器控制输出转速。9. 根据权利要求1所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 位于所述工作台上方能罩住所述岩样的框架，所述限位机构能相对所述框架滑动，并限位 所述岩样于所述工作台的开口处。10. 根据权利要求2所述的岩石比能测定仪，其特征在于：所述岩石比能测定仪还包括 固定架，所述从动轮通过轴承外圈固定在所述固定架上。
【专利摘要】本实用新型提供一种岩石比能测定仪，其用于测定岩样的比能，它包括：工作台、限位机构、钻取机构、转动机构以及移动机构。工作台上开设有贯通工作台的开口；限位机构用于将岩样限位在工作台的开口上方。钻取机构用于钻取岩样，其位于工作台开口的下方，钻取机构包括钻头和与钻头固定连接的第一轴；转动机构用于带动第一轴转动；移动机构与第一轴连接，其能带动第一轴相对工作台滑动，以使得钻头伸入工作台的开口内。利用本实用新型的岩石比能测定仪可以对不同岩性的岩石破碎能耗进行测定。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN204705634
【申请号】CN201520343006
【发明人】赵飞, 崔猛, 汪海阁, 纪国栋
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月25日
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