本發(fā)明涉及巖石檢測，是一種用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，國家對油氣資源的需求日益嚴峻，油氣開采逐漸向深層及超深地層發(fā)展，據(jù)調(diào)研，鉆井深度越深，鉆井環(huán)境及地質(zhì)條件就越復(fù)雜，對鉆井工具的要求也越高，其中隨鉆擴眼工具的刀翼是破巖效率的關(guān)鍵，其擴眼工具刀翼為本體焊接pdc齒，隨鉆擴眼工具作為當(dāng)前高端重要的鉆井工具，需要面對復(fù)雜的鉆井環(huán)境，在復(fù)雜的鉆井環(huán)境中，巖石的力學(xué)特性分析對于擴眼工具的刀翼的個性化設(shè)計尤為重要。

2、對隨鉆擴眼工具刀翼進行個性化設(shè)計時，需要通過巖石的可鉆性和研磨性試驗來得到巖石的可鉆性等級及研磨性指標等物理特性，為后續(xù)的隨鉆擴眼工具刀翼設(shè)計提供理論依據(jù)。目前，在巖石力學(xué)特性試驗過程中，可鉆性及研磨性試驗需要采用不同的試驗裝置及夾具，頻繁更換試驗裝置及夾具會影響試驗的效率和準確性，因為巖石力學(xué)特性測試的準確性是保障隨鉆擴眼工具刀翼破巖效果的重要途徑，所以提升試驗效率，保障試驗裝置的準確性和安全性，是當(dāng)前亟需解決的困難。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有巖石力學(xué)特性試驗時需要兩套試驗裝置分別進行可鉆性試驗和研磨性試驗的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實現(xiàn)的：一種用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置包括臺架、第一固定平臺、第二固定平臺、升降平臺、巖樣夾持裝置、驅(qū)動裝置、鉆桿、試驗頭和控制模塊，臺架前側(cè)上下間隔設(shè)有第一固定平臺和第二固定平臺，第一固定平臺上設(shè)有驅(qū)動裝置，第二固定平臺上設(shè)有能夠上下移動的升降平臺，升降平臺上側(cè)設(shè)有巖樣夾持裝置，驅(qū)動裝置下側(cè)傳動連接有下端位于升降平臺上方的鉆桿；鉆桿上設(shè)有扭矩檢測單元，第二固定平臺上側(cè)設(shè)有第一高度檢測單元，對應(yīng)第一高度檢測單元位置的升降平臺上設(shè)有能與第一高度檢測單元相互感應(yīng)的第二高度檢測單元，升降平臺上設(shè)有壓力檢測單元，扭矩檢測單元、第一高度檢測單元和壓力檢測單元均與控制模塊連接，控制模塊分別與驅(qū)動裝置和升降平臺連接；鉆桿下端可拆卸的固定安裝有試驗頭，試驗頭為可鉆性測試頭或研磨性測試頭。

3、下面是對上述發(fā)明技術(shù)方案的進一步優(yōu)化或/和改進：

4、上述可鉆性測試頭可包括鋼柱夾具、頂絲和鋼柱，鋼柱夾具下側(cè)設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有下端位于其下方的鋼柱，對應(yīng)鋼柱上部位置的鋼柱夾具外側(cè)沿圓周間隔設(shè)有若干個固定孔，每個固定孔內(nèi)均通過螺紋連接固定安裝有內(nèi)端與鋼柱外側(cè)對應(yīng)位置相抵的頂絲。

5、上述研磨性測試頭可為微鉆頭，微鉆頭下側(cè)設(shè)有切削齒。

6、上述還可包括減震環(huán)，試驗頭上部外側(cè)設(shè)有支撐環(huán)臺，對應(yīng)支撐環(huán)臺上方位置的試驗頭上端外側(cè)設(shè)有外螺紋，試驗頭上端外側(cè)與鉆桿下端內(nèi)側(cè)通過螺紋連接固定安裝在一起，對應(yīng)鉆桿下端與支撐環(huán)臺之間位置的試驗頭上部外側(cè)設(shè)有減震環(huán)。

7、上述巖樣夾持裝置可包括固定塊、固定長條、夾板和夾緊螺栓，升降平臺上側(cè)左右間隔設(shè)有固定塊和固定長條，固定塊左側(cè)中央設(shè)有左右貫通的調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔內(nèi)通過螺紋連接固定安裝有夾緊螺栓，夾緊螺栓右端固定安裝有夾板。

8、上述還可包括拍攝模塊、吹氣裝置和沖洗裝置，對應(yīng)巖樣夾持裝置外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)設(shè)有排水槽，排水槽內(nèi)設(shè)有上下貫通的排水孔；吹氣裝置包括氣罐、吹氣控制閥、吹氣管和氣壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有氣罐，氣罐的出氣端與吹氣管的進氣端之間固定連通有吹氣管線，吹氣管線上設(shè)有控制閥，吹氣管的出氣端安裝有氣壓噴嘴；?沖洗裝置包括水罐、水泵、沖洗管和水壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有水罐，水罐的出水端與沖洗管的進水端之間固定連通有沖洗管線，沖洗管線上設(shè)有水泵，沖洗管的出水端安裝有水壓噴嘴；對應(yīng)排水槽外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)分別設(shè)有拍攝模塊、吹氣管和沖洗管，控制模塊分別與控制閥、水泵和拍攝模塊連接。

9、上述驅(qū)動裝置可包括驅(qū)動電機、第一聯(lián)軸器、減速器和第二聯(lián)軸器，驅(qū)動電機的輸出端與減速器的輸入端通過第一聯(lián)軸器傳動連接在一起，減速器的輸出端與鉆桿上端通過第二聯(lián)軸器傳動連接在一起，控制模塊與驅(qū)動電機連接。

10、上述升降平臺可包括工作臺、液壓缸和液壓桿，第二固定平臺上設(shè)有液壓缸，液壓缸上設(shè)有四個能夠同步向上伸出的液壓桿，液壓桿上端與工作臺下側(cè)對應(yīng)位置固定安裝在一起，液壓缸上設(shè)有壓力檢測單元，控制模塊與液壓缸連接。

11、上述第一高度檢測單元與第二高度檢測單元可為一組激光檢測裝置。

12、上述扭矩檢測單元可為扭矩傳感器。

13、上述壓力檢測單元可為壓力傳感器。

14、上述拍攝模塊可為深度相機。

15、本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，通過鉆桿下端可拆卸的固定安裝有可鉆性測試頭或研磨性測試頭，實現(xiàn)巖石力學(xué)特性試驗過程中的可鉆性及研磨性試驗，避免頻繁更換試驗裝置及夾具會影響試驗的效率和準確性；通過設(shè)置拍攝模塊，拍攝、記錄并上傳巖石破碎坑形貌；通過設(shè)置吹氣裝置，能在試驗后實現(xiàn)對升降平臺上側(cè)自動吹氣清理；通過設(shè)置沖洗裝置，能夠沖洗或冷卻升降平臺上側(cè)巖樣及鉆桿和試驗頭，具有穩(wěn)定、可靠和試驗效果好的特點。

技術(shù)特征：

1.一種用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于包括臺架、第一固定平臺、第二固定平臺、升降平臺、巖樣夾持裝置、驅(qū)動裝置、鉆桿、試驗頭和控制模塊，臺架前側(cè)上下間隔設(shè)有第一固定平臺和第二固定平臺，第一固定平臺上設(shè)有驅(qū)動裝置，第二固定平臺上設(shè)有能夠上下移動的升降平臺，升降平臺上側(cè)設(shè)有巖樣夾持裝置，驅(qū)動裝置下側(cè)傳動連接有下端位于升降平臺上方的鉆桿；鉆桿上設(shè)有扭矩檢測單元，第二固定平臺上側(cè)設(shè)有第一高度檢測單元，對應(yīng)第一高度檢測單元位置的升降平臺上設(shè)有能與第一高度檢測單元相互感應(yīng)的第二高度檢測單元，升降平臺上設(shè)有壓力檢測單元，扭矩檢測單元、第一高度檢測單元和壓力檢測單元均與控制模塊連接，控制模塊分別與驅(qū)動裝置和升降平臺連接；鉆桿下端可拆卸的固定安裝有試驗頭，試驗頭為可鉆性測試頭或研磨性測試頭。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于可鉆性測試頭包括鋼柱夾具、頂絲和鋼柱，鋼柱夾具下側(cè)設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有下端位于其下方的鋼柱，對應(yīng)鋼柱上部位置的鋼柱夾具外側(cè)沿圓周間隔設(shè)有若干個固定孔，每個固定孔內(nèi)均通過螺紋連接固定安裝有內(nèi)端與鋼柱外側(cè)對應(yīng)位置相抵的頂絲。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于研磨性測試頭為微鉆頭，微鉆頭下側(cè)設(shè)有切削齒。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于還包括減震環(huán)，試驗頭上部外側(cè)設(shè)有支撐環(huán)臺，對應(yīng)支撐環(huán)臺上方位置的試驗頭上端外側(cè)設(shè)有外螺紋，試驗頭上端外側(cè)與鉆桿下端內(nèi)側(cè)通過螺紋連接固定安裝在一起，對應(yīng)鉆桿下端與支撐環(huán)臺之間位置的試驗頭上部外側(cè)設(shè)有減震環(huán)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于巖樣夾持裝置包括固定塊、固定長條、夾板和夾緊螺栓，升降平臺上側(cè)左右間隔設(shè)有固定塊和固定長條，固定塊左側(cè)中央設(shè)有左右貫通的調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔內(nèi)通過螺紋連接固定安裝有夾緊螺栓，夾緊螺栓右端固定安裝有夾板。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于巖樣夾持裝置包括固定塊、固定長條、夾板和夾緊螺栓，升降平臺上側(cè)左右間隔設(shè)有固定塊和固定長條，固定塊左側(cè)中央設(shè)有左右貫通的調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔內(nèi)通過螺紋連接固定安裝有夾緊螺栓，夾緊螺栓右端固定安裝有夾板。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或6所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于還包括拍攝模塊、吹氣裝置和沖洗裝置，對應(yīng)巖樣夾持裝置外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)設(shè)有排水槽，排水槽內(nèi)設(shè)有上下貫通的排水孔；吹氣裝置包括氣罐、吹氣控制閥、吹氣管和氣壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有氣罐，氣罐的出氣端與吹氣管的進氣端之間固定連通有吹氣管線，吹氣管線上設(shè)有控制閥，吹氣管的出氣端安裝有氣壓噴嘴；?沖洗裝置包括水罐、水泵、沖洗管和水壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有水罐，水罐的出水端與沖洗管的進水端之間固定連通有沖洗管線，沖洗管線上設(shè)有水泵，沖洗管的出水端安裝有水壓噴嘴；對應(yīng)排水槽外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)分別設(shè)有拍攝模塊、吹氣管和沖洗管，控制模塊分別與控制閥、水泵和拍攝模塊連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于還包括拍攝模塊、吹氣裝置和沖洗裝置，對應(yīng)巖樣夾持裝置外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)設(shè)有排水槽，排水槽內(nèi)設(shè)有上下貫通的排水孔；吹氣裝置包括氣罐、吹氣控制閥、吹氣管和氣壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有氣罐，氣罐的出氣端與吹氣管的進氣端之間固定連通有吹氣管線，吹氣管線上設(shè)有控制閥，吹氣管的出氣端安裝有氣壓噴嘴；?沖洗裝置包括水罐、水泵、沖洗管和水壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有水罐，水罐的出水端與沖洗管的進水端之間固定連通有沖洗管線，沖洗管線上設(shè)有水泵，沖洗管的出水端安裝有水壓噴嘴；對應(yīng)排水槽外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)分別設(shè)有拍攝模塊、吹氣管和沖洗管，控制模塊分別與控制閥、水泵和拍攝模塊連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于還包括拍攝模塊、吹氣裝置和沖洗裝置，對應(yīng)巖樣夾持裝置外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)設(shè)有排水槽，排水槽內(nèi)設(shè)有上下貫通的排水孔；吹氣裝置包括氣罐、吹氣控制閥、吹氣管和氣壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有氣罐，氣罐的出氣端與吹氣管的進氣端之間固定連通有吹氣管線，吹氣管線上設(shè)有控制閥，吹氣管的出氣端安裝有氣壓噴嘴；?沖洗裝置包括水罐、水泵、沖洗管和水壓噴嘴，對應(yīng)第二固定平臺下方位置的臺架上設(shè)有水罐，水罐的出水端與沖洗管的進水端之間固定連通有沖洗管線，沖洗管線上設(shè)有水泵，沖洗管的出水端安裝有水壓噴嘴；對應(yīng)排水槽外側(cè)位置的升降平臺上側(cè)分別設(shè)有拍攝模塊、吹氣管和沖洗管，控制模塊分別與控制閥、水泵和拍攝模塊連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其特征在于驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、第一聯(lián)軸器、減速器和第二聯(lián)軸器，驅(qū)動電機的輸出端與減速器的輸入端通過第一聯(lián)軸器傳動連接在一起，減速器的輸出端與鉆桿上端通過第二聯(lián)軸器傳動連接在一起，控制模塊與驅(qū)動電機連接；或/和，升降平臺包括工作臺、液壓缸和液壓桿，第二固定平臺上設(shè)有液壓缸，液壓缸上設(shè)有四個能夠同步向上伸出的液壓桿，液壓桿上端與工作臺下側(cè)對應(yīng)位置固定安裝在一起，液壓缸上設(shè)有壓力檢測單元，控制模塊與液壓缸連接；或/和，第一高度檢測單元與第二高度檢測單元為一組激光檢測裝置；或/和，扭矩檢測單元為扭矩傳感器；或/和，壓力檢測單元為壓力傳感器；或/和，拍攝模塊為深度相機。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及巖石檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于測定巖石力學(xué)特性多功能試驗裝置，其包括臺架、第一固定平臺、第二固定平臺、升降平臺、巖樣夾持裝置、驅(qū)動裝置、鉆桿、試驗頭和控制模塊，臺架前側(cè)上下間隔設(shè)有第一固定平臺和第二固定平臺，第一固定平臺上設(shè)有驅(qū)動裝置，第二固定平臺上設(shè)有能夠上下移動的升降平臺。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，通過鉆桿下端可拆卸的固定安裝有可鉆性測試頭或研磨性測試頭，實現(xiàn)巖石力學(xué)特性試驗過程中的可鉆性及研磨性試驗，避免頻繁更換試驗裝置及夾具會影響試驗的效率和準確性，具有穩(wěn)定、可靠和試驗效果好的特點。

技術(shù)研發(fā)人員：武智,張貴儀,喬東宇,戴勇,趙繼斌,尚倉健,周海峰,田瑞強,程航
受保護的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15