[实用新型]一种深井、超深井钻井岩石可钻性测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及油气田勘探开发领域应用的岩石可钻性测试技术领域，特别是一种深井、超深井钻井岩石可钻性测试装置。

背景技术

岩石可钻性概念由Tillson在1927年美国哥伦比亚大学采矿工程会议上首次提出，指在一定的技术条件下岩石被破岩工具钻碎的难易程度。对岩石可钻性的研究，广泛应用于石油勘探开发、矿山开采、隧道建设等工程领域。岩石可钻性除了与岩石矿物组分、孔隙发育情况、地质构造等岩石自身因素有关外，还与破岩工具类型、钻压、转速等施工参数密切相关。因此，从不同角度出发形成了种类繁多的岩石可钻性测试方法，比较有代表性的方法包括压入硬度法、点载法、微钻法、钻速方程反求法、分形法等。相比而言，微钻法能够更好地反映井底钻头破岩的过程。为此，2000年国家石油和化学工业局参考1962年Rollow A.G.提出的微钻法制订了《中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T5426-2000）》，规定了岩石可钻性测定及分级方法。

近年来随着我国石油天然气勘探开发领域不断向深部地层发展，深井、超深井成为勘探开发主流，深井是指井深为4500m～6000m的井，超深井指井深6000m～8000m的井，深井、超深井钻遇地层具有的温度高、压力高、地质条件复杂、地层岩性致密、可钻性差等特征成为了制约油气勘探开发的主要技术瓶颈，实际深井、超深井钻井过程中地层应力和温度条件对岩石力学性能影响显著，从而严重影响岩石可钻性和钻井机械钻速，例如《岩土力学》2011年6月第32卷第6期的文章“深部地层岩石力学性质测试与分析研究”对模拟地层温度和压力条件下的岩石抗压强度、内聚力、泊松比以及弹性模量进行测试，测试结果表明深部地层岩石力学性质较上部地层而言发生显著变化，同时，重庆大学2009年的一篇硕士毕业论文“深部井眼岩石可钻性与岩石力学特性实验研究”对深部地层高温高压环境下岩石可钻性级值和机械钻速进行研究，结果表明高压对岩石可钻性级值影响较大，而在井底温度范围内的高温对岩石可钻性级值的影响相对较小，由此可见，目前未考虑井底地层特性的微钻法测试岩石可钻性装置已经不再满足石油天然气勘探开发领域中深井、超深井钻井技术要求，尤其是不能有效揭示深井、超深井地层条件下实钻过程中的岩石可钻性特征。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种深井、超深井钻井岩石可钻性测试装置，该装置可以实现深井、超深井钻井条件下钻头、钻压、转速以及钻井液类型优选，预测深井、超深井钻井机械钻速。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种深井、超深井钻井岩石可钻性测试装置，它包括机架、设置于机架上的高温高压加载机构以及微钻头破岩钻深测量机构，所述的高温高压加载机构包括游梁升降机构、钻压作动器、钻压传感器、覆层压作动器、覆层压载荷传感器、上覆岩层压力加载活塞、三轴腔室、三轴腔室升降器和高温高压釜体加热器。

所述的游梁升降机构包括垂直设置于机架上表面的两个立柱、两端分别滑动设置于立柱上的滑块和垂直支撑滑块的可调支杆，钻压作动器固定安装于滑块上，钻压作动器的输出轴固定连接钻压传感器，钻压传感器的下部固定连接覆层压作动器，覆层压作动器的底部固定安装有上加载板，覆层压作动器的输出轴固定连接覆层压载荷传感器，覆层压载荷传感器的下部固定连接上覆岩层压力加载活塞。

三轴腔室升降器一端固定安装于覆层压作动器的一侧，三轴腔室升降器的另一端固定连接三轴腔室，三轴腔室的底部依次连接有钻套和下加载板，上加载板和下加载板之间连接有覆层压反力杆，高温高压釜体加热器套装于三轴腔室的外部。

所述的三轴腔室包括本体，本体的内部设置有一个封闭的容腔，容腔内设置有橡胶套，本体的上部设置有一个连通所述容腔的活塞孔，上覆岩层压力加载活塞的下端设置于该活塞孔内，本体的下部设置有一个连通所述容腔的钻孔，活塞孔的下边缘和钻孔的上边缘均设置有伸入容腔内部的凸出部，橡胶套的两端分别套装在对应侧的凸出部外，位于容腔下部一侧的本体上设置有连通容腔与本体外部空间的第二压力接端，位于容腔上部一侧的本体上设置有连通容腔与本体外部空间的第三压力接端，本体下部设置有连通钻孔与本体外部空间的第四压力接端，上覆岩层压力加载活塞本体上设置有连通容腔与本体外部空间的第一压力接端。

微钻头破岩钻深测量机构包括钻杆和位移传感器，位移传感器安装于钻杆上，钻杆安装于位于三轴腔室下部的机架上，钻杆通过推力轴承安装于机架上，钻杆上部穿过钻套后伸入三轴腔室的钻孔内，钻杆的顶部安装有微钻头，钻杆与设置在机架内的可调速电机的输出轴连接。