一种冲击切削耦合破岩实验装置的制作方法
本技术涉及石油勘探领域，特别是涉及一种冲击切削耦合破岩实验装置。
背景技术：
1、在石油勘探开发逐步转向深层、超深层的前提下，而以超高频冲击技术为手段的钻井提速工艺，可以显著提高地层钻速，降低钻具磨损，是实现深层、超深层油气资源效益开发的关键。但是目前该项技术在世界范围内仍处在理论研究和先导试验阶段，故针对超高频冲击钻井技术开展室内试验研究工作，分析超高频冲击条件下岩石的破碎特征和切削齿受力情况，对该项技术的发展应用具有关键意义。
2、现有技术中，通过底座带动岩石实现转动和上下往复运动来模拟钻头破岩过程，其振动冲击激励器可以实现2000hz以下的高频振动频率输出。但是，在超高频冲击钻井技术的室内实验过程中，除了需要实验设备可输出稳定的高频冲击波外，还需要实验设备的运动系统可实现轴向及切向往复运动，并兼具各类测量传感器，用以定量测量切削齿受力和岩石破坏情况，目前并没有可以兼具上述功能的实验设备。
3、因此，如何提供一种具有多种类型运动功能的冲击切削耦合破岩实验装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是提供一种冲击切削耦合破岩实验装置，同时提供冲击运动、周向转动、轴向及切向往复运动，满足能较好的满足超高频冲击钻井室内实验的需求，定量测量切削齿受力和岩石破坏情况。
2、为解决上述技术问题，本实用新型提供一种冲击切削耦合破岩实验装置，包括固定设置的台座和位于所述台座上方的支撑台板，所述台座上方设置有用于夹持岩样的夹持机构，所述台座和所述夹持机构之间设置有用于驱动所述夹持机构水平移动的切向位移机构和用于提供竖直钻压模拟的钻压机构，所述支撑台板上方由上至下依次连接有超高频激振器、传动机构和旋转机构，所述支撑台板下方由上至下依次连接有传动杆、测量模块和钻头，竖直的所述传动杆上端连接所述旋转机构，还包括数据采集系统、钻压供给模块和整机动力控制系统。
3、优选地，所述旋转机构包括伺服电机和减速机构，所述伺服电机连接所述传动机构，且所述伺服电机和所述传动机构之间设置有冲击间隙，所述减速机构连接所述传动杆上端。
4、优选地，所述测量模块包括扭矩传感器、加速度计和转速传感器。
5、优选地，所述钻头具体为微型牙轮测试钻头或微型pdc测试钻头。
6、优选地，所述切向位移机构包括十字滑台以及驱动所述十字滑台的横向丝杠和纵向丝杠。
7、优选地，所述钻压机构包括竖直布置的气缸。
8、优选地，所述夹持机构具体为四爪卡盘，所述气缸安装于所述台座上方，所述十字滑台安装于所述气缸上端，所述四爪卡盘安装于所述十字滑台上方。
9、优选地，所述钻压机构还包括压力传感器，所述十字滑台内设置有位移传感器，所述压力传感器、所述位移传感器、所述测量模块和所述超高频激振器通过光纤连接所述数据采集系统。
10、优选地，所述钻压供给模块包括氮气源和减压阀组，连接所述气缸，所述整机动力控制系统连接所述超高频激振器、所述旋转机构、所述十字滑台和所述钻压供给模块。
11、优选地，所述台座下方固定有下沉式基座，所述支撑台板下方固定有支撑腿。
12、本实用新型提供一种冲击切削耦合破岩实验装置，包括固定设置的台座和位于台座上方的支撑台板，台座上方设置有用于夹持岩样的夹持机构，台座和夹持机构之间设置有用于驱动夹持机构水平移动的切向位移机构和用于提供竖直钻压模拟的钻压机构，支撑台板上方由上至下依次连接有超高频激振器、传动机构和旋转机构，支撑台板下方由上至下依次连接有传动杆、测量模块和钻头，竖直的传动杆上端连接旋转机构，还包括数据采集系统、钻压供给模块和整机动力控制系统。
13、工作过程中，超高频激振器提供冲击运动，旋转机构提供周向转动，通过传动轴传递给钻头，切向位移机构提供切向水平运动，钻压机构提供竖直运动以模拟钻压，由安装于台座的部件及支撑台板的部件共同工作，同时提供冲击运动、周向转动、轴向及切向往复运动，能较好的满足超高频冲击钻井室内实验的需求，定量测量切削齿受力和岩石破坏情况，提升实验准确性和适用性。
技术特征：
1.一种冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，包括固定设置的台座(18)和位于所述台座(18)上方的支撑台板(1)，所述台座(18)上方设置有用于夹持岩样(15)的夹持机构，所述台座(18)和所述夹持机构之间设置有用于驱动所述夹持机构水平移动的切向位移机构和用于提供竖直钻压模拟的钻压机构，所述支撑台板(1)上方由上至下依次连接有超高频激振器(5)、传动机构(6)和旋转机构(7)，所述支撑台板(1)下方由上至下依次连接有传动杆(9)、测量模块(10)和钻头(11)，竖直的所述传动杆(9)上端连接所述旋转机构(7)，还包括数据采集系统(2)、钻压供给模块(3)和整机动力控制系统(4)。
2.根据权利要求1所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述旋转机构(7)包括伺服电机和减速机构，所述伺服电机连接所述传动机构(6)，且所述伺服电机和所述传动机构(6)之间设置有冲击间隙，所述减速机构连接所述传动杆(9)上端。
3.根据权利要求2所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述测量模块(10)包括扭矩传感器、加速度计和转速传感器。
4.根据权利要求3所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述钻头(11)具体为微型牙轮测试钻头或微型pdc测试钻头。
5.根据权利要求1所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述切向位移机构包括十字滑台(13)以及驱动所述十字滑台(13)的横向丝杠(14)和纵向丝杠(17)。
6.根据权利要求5所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述钻压机构包括竖直布置的气缸(16)。
7.根据权利要求6所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述夹持机构具体为四爪卡盘(12)，所述气缸(16)安装于所述台座(18)上方，所述十字滑台(13)安装于所述气缸(16)上端，所述四爪卡盘(12)安装于所述十字滑台(13)上方。
8.根据权利要求7所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述钻压机构还包括压力传感器，所述十字滑台(13)内设置有位移传感器，所述压力传感器、所述位移传感器、所述测量模块(10)和所述超高频激振器(5)通过光纤连接所述数据采集系统(2)。
9.根据权利要求8所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述钻压供给模块(3)包括氮气源和减压阀组，连接所述气缸(16)，所述整机动力控制系统(4)连接所述超高频激振器(5)、所述旋转机构(7)、所述十字滑台(13)和所述钻压供给模块(3)。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的冲击切削耦合破岩实验装置，其特征在于，所述台座(18)下方固定有下沉式基座(19)，所述支撑台板(1)下方固定有支撑腿(8)。
技术总结
本技术公开一种冲击切削耦合破岩实验装置，包括固定设置的台座和位于台座上方的支撑台板，台座上方设置有用于夹持岩样的夹持机构，台座和夹持机构之间设置有用于驱动夹持机构水平移动的切向位移机构和用于提供竖直钻压模拟的钻压机构，支撑台板上方由上至下依次连接有超高频激振器、传动机构和旋转机构，支撑台板下方由上至下依次连接有传动杆、测量模块和钻头，竖直的传动杆上端连接旋转机构，还包括数据采集系统、钻压供给模块和整机动力控制系统。同时提供冲击运动、周向转动、轴向及切向往复运动，能较好的满足超高频冲击钻井室内实验的需求，定量测量切削齿受力和岩石破坏情况，提升实验准确性和适用性。
技术研发人员：张伟强,李成,曹继飞,董广华,席境阳,赵洪山
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务股份有限公司
技术研发日：20230922
技术公布日：2024/9/23