[发明专利]一种动态模拟水平钻进的围压加载装置

说明书

技术领域

本发明及岩土围压加载试验技术领域，特别涉及一种动态模拟水平钻进的围压加载装置。

背景技术

煤炭是我国的主体能源和重要原料，在国民经济中具有重要的战略地位。我国煤层赋存条件复杂多变，瓦斯灾害(瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等)、透水事故时有发生。特别是近十多年来，开采深度的加大使得煤矿地质条件更趋复杂，导致治理瓦斯、透水等自然灾害的难度增大，救援难度加大。安全生产是煤炭工业发展的首要任务一旦事故发生，快速有效的钻孔抽采瓦斯救援设备也成为了煤矿的迫切要求。岩样围压装置能够有效模拟钻机井下作业真实的地质环境。

目前，已有的类似的模拟加载装置，多采用垂直放置，不能模拟钻机水平钻进的工作状态。钻机工作时钻具不仅受岩层压力，还受到岩层湿度影响，而目前的实验装置无法将这些条件加入到模拟环境中，造成模拟环境的不真实。现有加载装置多采用岩水混合加压，易破坏岩样成分，且现有装置结构复杂，操作难度大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种动态模拟水平钻进的围压加载装置，具体技术方案如下：

一种动态模拟水平钻进的围压加载装置，包括外筒体、压板、底板、顶盖、焊板和筋板；

所述外筒体包括围压筒、支撑网和丁青胶管；

所述丁青胶管外侧表面套有支撑网，且紧密接触；

所述支撑网设置在围压筒内；

所述外筒体两端面通过螺栓固定在压板上；

所述底板通过螺栓固定在压板的内端面；

所述底板内表面夹紧在套有支撑网的丁青胶管的凸台内端面上；

套有支撑网的丁青胶管凸台外端面被压板压紧；

所述焊板套接外筒体两端，与端面平齐，焊接固定；

所述围压筒焊接筋板；

所述筋板设有通孔，用于与外界转动连接；

所述顶盖由顶轴和手柄组成，顶轴外端面焊接手柄；

所述顶盖通过螺栓固定在压板的外端面上；

外筒体一侧的顶轴中心处开有注水口；

所述围压筒上设有进油孔和出油孔；

为了布置传感器实时监测系统压力，航空插头孔设置在围压筒侧表面上端的中心，且两端的距离相等。

所述的一种动态模拟水平钻进的围压加载装置，其优选方案为所述筋板为2个，以180°均匀分布在围压筒的侧表面。

所述的一种动态模拟水平钻进的围压加载装置，其优选方案为所述顶轴中轴线对称设置2个手柄。

所述的一种动态模拟水平钻进的围压加载装置，其优选方案为所述进油孔和出油孔180°圆周分布在围压筒侧表面一端，用于方便调压时油液进出。

一种动态模拟水平钻进的围压加载装置的工作原理:以对某一水平钻进的刀具磨损模拟试验为例，为了模拟水平钻进时岩层施加给钻具的压力以及岩层湿度变化对钻具的影响，需要动态模拟水平钻进围压加载装置对岩样压力湿度进行调控。通过筋板通和外界支座用销轴转动连接，调整装置放置角度，打开一端顶轴放入岩样，将围压装置调整为水平放置，焊板通过焊接固定连接于围压筒，底板和压板通过螺栓连接于焊板，丁青胶管被底板和压板夹紧，支撑网套在丁青胶管外表面，钻具从一端顶轴处钻进，同时外部油液从围压筒侧表面的进油口进入封闭的油压腔，通过丁青胶管向岩样施加环向围压，外部水从注水口进入岩样，通过压力和湿度传感器实时监测岩样的压力湿度状态，调整控制油压大小和注水量动态模拟水平钻进各种复杂岩层的钻具磨损情况。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过支撑网支撑丁青胶管，使岩样不因重力下沉，保持钻头水平钻进时相对岩样不产生偏心。通过注水口调节岩样湿度，动态模拟各种复杂岩层的钻进情况。通过弹性较好的丁青胶管，更好地适应岩样的不规则外形，环向均布的围压使岩样受压平衡。通过底板压板对工形丁青胶管凸台两端面的夹紧使丁青胶管与围压筒形成封闭的油压腔有效隔离岩样与油液，避免因岩样成分被破坏而影响试验结果，使岩样更好地重复利用。通过筋板上开设通孔与外界支座等转动连接，可调节围压装置放置角度，方便岩样的取放。

本发明实例通过实时调节和检测油压腔油液压力大小和注水量控制了岩样内腔中岩样压力和湿度，进而动态模拟了水平钻井的钻进情况。能够对各种复杂岩样进行围压加载，广泛应用于钻具性能检测领域和岩土压力模拟试验领域，是一种简单可靠的动态模拟水平钻进的围压加载装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡根据本发明的技术原则所做的任何修改、变更以及等效结构变化，均应包含在本发明的保护范围之内。因此采用此结构具有显著的经济效益。