鋼粒射流沖擊破巖綜合實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼粒射流沖擊破巖的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，屬于石油鉆井領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源需求量的不斷增加，現(xiàn)有的淺層易開采石油資源不斷枯竭，石油資源的勘探開發(fā)逐漸的轉(zhuǎn)向深井硬地層和復(fù)雜地層。在該類地層的鉆井過程中，存在鉆頭磨損嚴(yán)重，起下鉆次數(shù)頻繁、鉆具磨損嚴(yán)重、發(fā)生井斜等問題，嚴(yán)重影響了該類地層的鉆井速度，增加了油氣資源開采的成本。粒子沖擊鉆井技術(shù)通過在鉆井液中加入一定比例的鋼粒，鋼粒在鉆井液攜帶下，與鉆井液混合均勻并到達(dá)井下鉆頭，鋼粒和鉆井液的混合物從鉆頭噴嘴噴出，以高于100m/S的速度沖擊破碎巖石。該技術(shù)改變了常規(guī)鉆頭的破巖方式，實(shí)現(xiàn)了鋼粒沖擊和鉆頭機(jī)械的聯(lián)合破巖，將高速粒子的沖擊動(dòng)能，轉(zhuǎn)化成巖石破碎內(nèi)能，在高速粒子沖擊巖石表面的瞬間，在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極大的瞬時(shí)接觸應(yīng)力，該應(yīng)力大大超過了巖石的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致巖石的大體積破碎，巖石產(chǎn)生大體積破碎后強(qiáng)度迅速降低，鉆頭切削齒很容易破碎剩余巖石，有效的提尚了鉆井的機(jī)械鉆速。鋼粒射流沖擊破巖涉及到水力(圍壓、濃度、時(shí)間、排量、鋼粒材質(zhì)、鋼粒直徑、噴嘴直徑等)、巖性(大理巖、砂巖、花崗巖、火成巖等)、射流(角度、噴距、噴射速度、移動(dòng)速度等)等各種參數(shù)，如何確定出最優(yōu)的破巖參數(shù)，最大限度發(fā)揮射流能量顯得尤為重要。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得鋼粒射流破巖效率隨各個(gè)水力、巖性、射流各參數(shù)的變化規(guī)律，進(jìn)而得出最優(yōu)的破巖參數(shù)組合，是一種高效、科學(xué)的研究方法。鋼粒射流破巖涉及到的參數(shù)較多，如何在同一實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)對(duì)破巖效率的實(shí)驗(yàn)分析，是亟需解決的問題。
[0003]本發(fā)明提出了一種鋼粒射流沖擊破巖的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行粒子射流破巖水力(圍壓、濃度、時(shí)間、排量、鋼粒材質(zhì)、鋼粒直徑、噴嘴直徑等)、巖性(大理巖、砂巖、花崗巖、火成巖等)、射流(角度、噴距、噴射速度、移動(dòng)速度等)等各種參數(shù)對(duì)破巖效率的影響規(guī)律的實(shí)驗(yàn)分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行粒子射流破巖水力(圍壓、濃度、時(shí)間、排量、鋼粒材質(zhì)、鋼粒直徑、噴嘴直徑等)、巖性(大理巖、砂巖、花崗巖、火成巖等)、射流(角度、噴距、噴射速度、移動(dòng)速度等)等各種參數(shù)對(duì)破巖效率的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)的專用實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明所述的鋼粒射流沖擊破巖綜合實(shí)驗(yàn)裝置由儲(chǔ)水罐、低壓管線、高壓栗、壓力表、高壓球罐、高壓管線、高壓閥、螺旋輸送裝置、液壓馬達(dá)、砂漿栗、射吸漏斗、蝶閥、試驗(yàn)架、高壓實(shí)驗(yàn)井筒、巖石、調(diào)節(jié)噴嘴、液壓工作站、液壓管線、質(zhì)量流量計(jì)、高壓分流閥組成。儲(chǔ)水罐為長(zhǎng)方體儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)所需的水，儲(chǔ)水罐各出口均安裝有過濾裝置。高壓栗和儲(chǔ)水罐通過低壓膠管連接，高壓栗入口管線開關(guān)由蝶閥控制。高壓栗由電機(jī)、減速機(jī)、柱塞栗三部分組成，為實(shí)驗(yàn)提供高壓水的動(dòng)力來源。高壓分流閥安裝在高壓栗的出口管線上，通過調(diào)節(jié)高壓分流閥的大小，可以控制進(jìn)入到高壓實(shí)驗(yàn)井筒的流體的流量，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的流量。高壓栗栗出的高壓水通過高壓管線輸送至高壓球罐底部的螺旋輸送裝置，高壓管線由高壓閥控制，壓力由壓力表測(cè)量。高壓球罐筒體為球形，高壓球罐利用T型支撐腿支撐。高壓球罐下部出口連接螺旋輸送裝置，螺旋輸送裝置由五星液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力來自液壓工作站。螺旋輸送裝置的螺桿在五星液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，將高壓球罐中的粒子旋轉(zhuǎn)輸送到高壓管線中，鋼粒和高壓管線中的高壓水混合，形成鋼粒和高壓水的混合液，混合液流經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)，通過計(jì)算后可得出通過的高壓水和粒子的流量，以及粒子在混合液中的濃度?；旌弦豪^續(xù)通過高壓管線輸送，輸送至高壓實(shí)驗(yàn)井筒中，高壓實(shí)驗(yàn)井筒由實(shí)驗(yàn)架固定?；旌弦哼M(jìn)入高壓實(shí)驗(yàn)井筒中，依次通過高壓鋼管、調(diào)節(jié)接頭，最終從高壓噴嘴噴出，形成鋼粒射流，鋼粒射流沖擊到巖石上，完成鋼粒射流破巖過程。調(diào)節(jié)接頭可以調(diào)節(jié)高壓噴嘴的角度，因此可調(diào)節(jié)鋼粒射流的噴出角度。實(shí)驗(yàn)井筒圍壓由接到高壓實(shí)驗(yàn)井筒外筒上的高壓表測(cè)量。巖石類型為大理石、花崗巖、砂巖等，巖石下部為調(diào)節(jié)墊片，調(diào)節(jié)墊片可調(diào)節(jié)巖石距離噴嘴出口距離，既可調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的噴距。調(diào)節(jié)墊片和傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸與五星液壓馬達(dá)連接，五星液壓馬達(dá)動(dòng)力由液壓工作站提供，通過調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)巖石的旋轉(zhuǎn)速度，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流的移動(dòng)速度。高壓實(shí)驗(yàn)井筒的上部連接調(diào)壓噴嘴，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓噴嘴的內(nèi)徑，可調(diào)節(jié)高壓實(shí)驗(yàn)井筒內(nèi)的壓力，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的圍壓。流體從調(diào)節(jié)噴嘴流出后，通過低壓管線輸送至儲(chǔ)水罐中。
[0006]高壓球罐有三個(gè)口，分別為上部進(jìn)料口、上部溢出口和下部出料口。上部進(jìn)料口通過高壓管線、高壓轉(zhuǎn)低壓閥門、低壓管線和射吸漏斗連接。上部溢出口通過高壓管線、高壓轉(zhuǎn)低壓閥門、低壓管線和儲(chǔ)水罐相連。高壓球罐有兩個(gè)，1#高壓球罐和2#高壓球罐。高壓球罐I工作時(shí)，鋼粒從下部出料口進(jìn)入到高壓管線中和高壓水混合，此時(shí)2#高壓球罐進(jìn)行鋼粒的加料過程。當(dāng)1#高壓球罐鋼粒使用完畢后，2#高壓球罐開始工作，鋼粒通過螺旋輸送裝置輸送到高壓管線中，此時(shí)1#高壓球罐開始進(jìn)行鋼粒的加料過程。通過兩個(gè)高壓球罐的交替加料和注入，實(shí)現(xiàn)了鋼粒不間斷的注入到高壓管線中。
[0007]鋼粒的加料過程為:砂漿栗從儲(chǔ)水罐吸入水，經(jīng)過砂漿栗加壓后，經(jīng)過砂漿栗后面的射吸漏斗，射吸漏斗中裝滿粒子，水流經(jīng)過射流漏斗后，在漏斗下部形成負(fù)壓，由于負(fù)壓的作用下，打開射吸漏斗蝶閥后，漏斗中粒子會(huì)不斷下落和流經(jīng)的水流混合，鋼粒在水流的攜帶下經(jīng)過低壓管線、高壓管線，由高壓球罐的上部進(jìn)料口進(jìn)入高壓球罐中存儲(chǔ)起來，鋼粒在重力的作用下沉積到罐底部。多余流體從高壓球罐的上部溢出口溢出，溢出的流體通過高壓管線、低壓管線、流到儲(chǔ)水罐中。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]高壓分流閥安裝在高壓栗的出口管線上，通過調(diào)節(jié)高壓分流閥的大小，可以控制進(jìn)入到高壓實(shí)驗(yàn)井筒的流體的流量，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的流量。高壓栗栗出的高壓水輸送到高壓球罐底部的螺旋輸送裝置，螺旋輸送裝置的螺桿以一定的速率旋轉(zhuǎn)，可保證鋼粒以設(shè)計(jì)濃度，均勻穩(wěn)定的加入到高壓水中，保證了鋼粒射流中鋼粒濃度的均勻穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速，即可控制高壓水流中的粒子濃度。螺桿由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)的可控性強(qiáng)，穩(wěn)定高。高壓實(shí)驗(yàn)井筒前端高壓管線連接質(zhì)量流量計(jì)，可得到通過鋼粒和水的流量，以及鋼粒的體積濃度，而且通過計(jì)算已經(jīng)流過的鋼粒量，可計(jì)算出高壓球罐中鋼粒的剩余量，從而判斷高壓球罐中的鋼粒是否注入完畢。
[0010]高壓實(shí)驗(yàn)井筒可進(jìn)行高壓的鋼粒射流破巖實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)接頭可以調(diào)節(jié)高壓噴嘴的角度，因此可調(diào)節(jié)鋼粒射流的噴出角度。實(shí)驗(yàn)井筒圍壓由接到高壓實(shí)驗(yàn)井筒外筒上的高壓表測(cè)量。巖石類型為大理石、花崗巖、砂巖等，巖石下部為調(diào)節(jié)墊片，調(diào)節(jié)墊片可調(diào)節(jié)巖石距離噴嘴出口距離，既可調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的噴距。通過調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)巖石的旋轉(zhuǎn)速度，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流的移動(dòng)速度。高壓實(shí)驗(yàn)井筒的上部連接調(diào)壓噴嘴，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓噴嘴的內(nèi)徑，可調(diào)節(jié)高壓實(shí)驗(yàn)井筒內(nèi)的壓力，即可以調(diào)節(jié)鋼粒射流破巖的圍壓。傳動(dòng)軸采用K式密封結(jié)構(gòu)，通過多個(gè)K式密封圈疊加實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高壓的動(dòng)密封。上法蘭盤和高壓鋼管之間的高壓靜密封采用組合密封圈結(jié)構(gòu)，通過密封盒和多個(gè)O型圈實(shí)現(xiàn)高壓靜密封，有效提高系統(tǒng)密封效率和壽命。
[0011]高壓球罐為球體，球形高壓罐的耐壓性能好，同體積下，球體形狀的高壓罐易于加工，壁厚小，重量輕。外形為球體，鋼粒從上部進(jìn)料口進(jìn)入后，可以順利的落到高壓球罐底部，也利于鋼粒的順利排出。通過兩個(gè)高壓球罐的交替加料和注入，實(shí)現(xiàn)了鋼粒不間斷的注入到高壓管線中。鋼粒在加入到高壓球罐過中，鋼粒和水發(fā)生第一次混合，鋼粒從高壓球罐中通過螺旋輸送裝置后，鋼粒和高壓管線中的水流發(fā)生第二次混合，通過兩次的混合可以保證鋼粒與水可以良好的混合。通過射吸漏斗作用，水流經(jīng)過射流漏斗后，在漏斗下部形成負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下，打開射吸漏斗蝶閥，粒子和水流混合，被水流的攜帶下到高壓球罐中存儲(chǔ)起來，這種液體攜帶輸送的方式，輸送穩(wěn)定，輸送速度快，效率高，可以在短時(shí)間內(nèi)安全的將鋼粒輸送高高壓管線中。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的螺旋輸送裝置、高壓實(shí)驗(yàn)井筒巖石旋轉(zhuǎn)，均通過液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力由液壓工作站提供，這種液體驅(qū)動(dòng)的方式，驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力穩(wěn)定，可控性強(qiáng)，具有較高的效率和安全性。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的工作示意圖。
[0013]圖中:丨、儲(chǔ)水罐2、1#蝶閥3、高壓栗入口管線4、高壓栗5、高壓管線6、高壓管線壓力表7、1#高壓球罐8、2#高壓球罐9、1#螺旋輸送裝置10、2#螺旋輸送裝置11、1#高壓閥12、2#高壓閥13、3#高壓閥14、4#高壓閥15、5#高壓閥16、6#高壓閥17、高壓實(shí)驗(yàn)井筒入