[实用新型]一种空气锤性能的评价装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种针对石油钻井工程中使用的空气锤工作性能的评价装置，用于分析空气锤工作机理，为其理论研究及结构优化提供实验依据。

背景技术

当石油钻井工程中使用气体欠平衡钻井时，使用空气锤作为垂直钻井井下动力钻具是一个很好的解决办法，其具有低转速、小钻压、钻具寿命长、机械钻速高、防斜能力强的技术特点，能在钻进复杂、硬质、易斜、高陡地层中取得良好的经济效益。

近年来，随着气体钻定向井、水平井技术的不断发展，空气锤的应用技术领域越来越大。然而传统的空气锤基于垂直钻进设计，在垂直井段应用效果良好，而在定向井、水平井中的应用受到制约。其不能适应越来越复杂的应用要求，急需对结构进行优化。

目前空气锤定向钻井技术发展方向主要有两种：一种是采用具有自回转功能的空气锤自身提供井下旋转扭矩的回转式空气锤定向钻井技术，另一种是采用空气螺杆马达提供井下旋转扭矩的空气螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术。这两个发展方向都有一些专利涌现。而这两种技术的着重点都在于怎么让空气锤进行旋转，从而能进行定向作业。其使用的空气锤用于输出冲击功的锤体本身，仍沿用了最初基于垂直钻进设计的结构。当空气锤处于倾斜状态甚至水平状态时，其活塞重力势能对活塞的冲击能基本没有影响。因此这种设计的空气锤锤体的工作性能将受到倾斜角度的影响。研究者普遍认识到了这种影响，而这方面的具体研究还较为缺乏。同时在定向井、水平井钻进中，还存在有井壁摩擦阻力过大，摩阻吸收钻压，加压困难，钻具受力更加复杂，磨损更加严重等各种问题。

在空气锤的应用领域中，急需对空气锤进行理论和实验台架的研究。目前，国内外还鲜有较为完备的空气锤实验装置。一些研究单位使用了诸如数字模拟、室内模拟实验等方法进行了一些研究。中国石油勘探开发研究院曾对其研制的空气锤产品进行了地面台架试验，其主要评价指标是空气锤的耗风量和气压，而其破碎对象是木头，测试范围较窄，测试方法较为简易，且其台架也是基于垂直状态考虑，未进行倾斜状态的实验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空气锤性能的评价装置，该装置原理可靠，操作方便，通过钻进系统、岩心夹持器、起升系统、数据采集系统的共同作用，解决了空气锤的工作性能受工作角度变化的影响的评价问题。

为达到以上技术目的，本实用新型提供以下技术方案。

通过建立可调节角度的空气锤实验架，来进行不同角度的空气锤工作性能实验；通过向空气锤提供可调的气源压力、钻压、转速等工作参数进行空气锤的工作性能实验；通过使用人造均质岩心，从而排除岩心对实验结果的干扰；通过无线传输的应力波监测设备，高速摄像机的拍摄，以及位移传感器，压力传感器，扭矩传感器，倾斜角度仪的运用，进行空气锤工作状态的精确监测；通过对不同工作角度下的注入压力、钻压、转速与空气锤的冲击频率、钻速、冲击功大小，井底模式，岩屑进行对比，从而对空气锤工作性能进行评价。

一种空气锤性能的评价装置，由实验架、钻进系统、岩心夹持器、起升系统、数据采集系统组成。

所述实验架包括实验架架体、前轴以及后轴，所述实验架架体由两段槽钢背对背组合，形成一个工作台面，用于安装各个附属部件，且能形成滑轨，供活动部件滑动。

所述钻进系统包括加钻压气缸、钻进滑车及转动机构，所述钻进滑车可以沿着实验架架体的滑轨滑动，加钻压气缸固定于实验架架体中间，其活塞端连接到钻进滑车上，通过调节气缸的进气口与出气口之间的压差，来推动滑车沿着滑轨上下移动，在移动到指定位置时，通过对气缸提供指定压力的气体来提供钻压。所述转动机构连接旋转接头，旋转接头又通过钻杆短接连接待测空气锤，转动机构能为空气锤钻井提供转速及扭矩，从压缩机输入的空气从旋转接头的注气口进入钻杆，为空气锤提供气源，待测空气锤连有空气锤锤头，在钻进系统的作用下，破碎岩石，进行实验。

所述岩心夹持器通过下部的底座固定在实验架架体上，尾部带有加强脊，用于承受轴向的冲击。岩心夹持器中装有岩心，与待测空气锤锤头相对，岩心夹持器可以对所夹持的岩石施加围压，从而实现固定岩心跟随实验架改变角度、防止岩心在冲击下碎裂、施加围压改变实验条件的目的。