[發(fā)明專利]一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置及測試方法

有效

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• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103806907A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟英峰;陳一健;李皋;劉厚彬;陶祖文
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置，其特征在于：它包括機(jī)架（1）、設(shè)置于機(jī)架（1）上的高溫高壓加載機(jī)構(gòu)以及微鉆頭破巖鉆深測量機(jī)構(gòu)，所述的高溫高壓加載機(jī)構(gòu)包括游梁升降機(jī)構(gòu)（2）、鉆壓作動(dòng)器（3）、鉆壓傳感器（4）、覆層壓作動(dòng)器（5）、覆層壓載荷傳感器（6）、上覆巖層壓力加載活塞（7）、三軸腔室（8）、三軸腔室升降器（9）和高溫高壓釜體加熱器（10），

所述的游梁升降機(jī)構(gòu)（2）包括垂直設(shè)置于機(jī)架（1）上表面的兩個(gè)立柱（11）、兩端分別滑動(dòng)設(shè)置于立柱（11）上的滑塊（12）和垂直支撐滑塊（12）的可調(diào)支桿（13），鉆壓作動(dòng)器（3）固定安裝于滑塊（12）上，鉆壓作動(dòng)器（3）的輸出軸固定連接鉆壓傳感器（4），鉆壓傳感器（4）的下部固定連接覆層壓作動(dòng)器（5），覆層壓作動(dòng)器（5）的底部固定安裝有上加載板（14），覆層壓作動(dòng)器（5）的輸出軸固定連接覆層壓載荷傳感器（6），覆層壓載荷傳感器（6）的下部固定連接上覆巖層壓力加載活塞（7）；

三軸腔室升降器（9）一端固定安裝于覆層壓作動(dòng)器（5）的一側(cè)，三軸腔室升降器（9）的另一端固定連接三軸腔室（8），三軸腔室（8）的底部依次連接有鉆套（15）和下加載板（16），上加載板（14）和下加載板（16）之間連接有覆層壓反力桿（17），高溫高壓釜體加熱器（10）套裝于三軸腔室（8）的外部；

所述的三軸腔室（8）包括本體（18），本體（18）的內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)封閉的容腔（19），容腔（19）內(nèi)設(shè)置有橡膠套（20），本體（18）的上部設(shè)置有一個(gè)連通所述容腔（19）的活塞孔（21），上覆巖層壓力加載活塞（7）的下端設(shè)置于該活塞孔（21）內(nèi)，本體（18）的下部設(shè)置有一個(gè)連通所述容腔（19）的鉆孔（22），活塞孔（21）的下邊緣和鉆孔（22）的上邊緣均設(shè)置有伸入容腔（19）內(nèi)部的凸出部（23），橡膠套（20）的兩端分別套裝在對應(yīng)側(cè)的凸出部（23）外，位于容腔（19）下部一側(cè)的本體（18）上設(shè)置有連通容腔（19）與本體（18）外部空間的第二壓力接端（24），位于容腔（19）上部一側(cè)的本體（18）上設(shè)置有連通容腔（19）與本體（18）外部空間的第三壓力接端（25），本體（18）下部設(shè)置有連通鉆孔（22）與本體（18）外部空間的第四壓力接端（26），上覆巖層壓力加載活塞（7）本體（18）上設(shè)置有連通容腔（19）與本體（18）外部空間的第一壓力接端（27）；?

微鉆頭破巖鉆深測量機(jī)構(gòu)包括鉆桿（28）和位移傳感器（29），位移傳感器（29）安裝于鉆桿（28）上，鉆桿（28）安裝于位于三軸腔室（8）下部的機(jī)架（1）上，鉆桿（28）通過推力軸承（30）安裝于機(jī)架（1）上，鉆桿（28）上部穿過鉆套（15）后伸入三軸腔室（8）的鉆孔（22）內(nèi)，鉆桿（28）的頂部安裝有微鉆頭（31），鉆桿（28）與設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的可調(diào)速電機(jī)的輸出軸連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置，其特征在于：所述的機(jī)架（1）上設(shè)置有用于引導(dǎo)下加載板（16）垂直方向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向桿（32）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置，其特征在于：所述的機(jī)架（1）上設(shè)置有用于引導(dǎo)鉆桿（28）相對于三軸腔室（8）垂直方向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向座（33），導(dǎo)向座（33）套裝于下加載板（16）的外部，且導(dǎo)向座（33）的內(nèi)壁與下加載板（16）的外壁間隙配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置，其特征在于：所述的上覆巖層壓力加載活塞（7）與活塞孔（21）之間、鉆桿（28）與鉆孔（22）之間均設(shè)置有耐腐蝕橡膠密封環(huán)（34）。

5.采用如權(quán)利要求1所述的一種深井、超深井鉆井巖石可鉆性測試裝置的測試方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、通過調(diào)節(jié)游梁升降機(jī)構(gòu)（2）和三軸腔室升降器（9）將巖樣（35）通過活塞孔（21）放置于三軸腔室（8）內(nèi)部，巖樣（35）位于橡膠套（20）內(nèi)；然后通過調(diào)節(jié)三軸腔室升降器（9），使三軸腔室（8）在導(dǎo)向桿（32）引導(dǎo)下向上提升，上覆巖層壓力加載活塞（7）伸入活塞孔（21）預(yù)壓緊巖樣（35），從而將巖樣（35）封閉在三軸腔室（8）內(nèi)；

S2、覆層壓作動(dòng)器（5）控制上覆巖層壓力加載活塞（7）對巖樣（35）進(jìn)行上覆巖層壓力加載，并通過覆層壓反力桿（17）進(jìn)行平衡，上覆巖層壓力加載載荷由覆層壓載荷傳感器（6）進(jìn)行采集，上覆巖層壓力由液壓泵提供動(dòng)力源并作用于上覆巖層壓力加載活塞（7），上覆巖層壓力加載過程受覆層壓作動(dòng)器（5）控制；

S3、待上覆巖層壓力加載完畢，對巖樣（35）施加模擬井底圍壓、孔隙壓力、液柱壓力以及溫度，并測量微鉆頭（31）有效鉆深與時(shí)間關(guān)系，其具體操作步驟為：

S31、施加模擬井底圍壓，向第二壓力接端（24）泵入液壓油，三軸腔室（8）內(nèi)的空氣通過第三壓力接端（25）排除，關(guān)閉第三壓力接端（25），繼續(xù)泵入液壓油，液壓油擠壓橡膠套（20）定量產(chǎn)生圍壓并作用于巖樣（35）；

S32、施加模擬井底孔隙壓力，通過孔隙壓力液壓伺服系統(tǒng)向第一壓力接端（27）泵入模擬地層流體，模擬地層流體侵入巖樣（35）產(chǎn)生孔隙壓力；

S33、施加模擬井底液柱壓力，向第四壓力接端（26）泵入鉆井液，鉆井液作用于巖樣（35）的端面；

S34、施加模擬井底溫度，通過高溫高壓釜體加熱器（10）向三軸腔室（8）加載溫度條件；

S35、測量微鉆頭（31）有效鉆深與時(shí)間關(guān)系，施加模擬深井、超深井井底壓力和溫度載荷后，鉆壓作動(dòng)器（3）的輸出軸對穩(wěn)定連接為一體的鉆壓傳感器（4）、覆壓動(dòng)作器（5）、上加載板（14）、覆層壓反力桿（17）、下加載板（16）和鉆套（15）施加向下的壓力，使鉆套（15）向下移動(dòng)，微鉆頭（31）通過鉆套（15），頂住巖心產(chǎn)生鉆壓，利用推力軸承（30）在導(dǎo)向套的引導(dǎo)下、通過鉆壓作動(dòng)器（3）控制將鉆桿（28）相對三軸腔室（8）向上提升，鉆桿（28）上頂部的微鉆頭（31）被頂入三軸腔室（8）內(nèi)并接觸巖樣（35），鉆桿（28）由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，測試巖石可鉆性時(shí)推力軸承（30）向鉆桿（28）和微型鉆頭施加鉆壓，上述加載過程的鉆壓加載載荷由鉆壓傳感器（4）進(jìn)行采集，并由鉆壓作動(dòng)器（3）對鉆壓加載過程進(jìn)行控制，由位移傳感器（29）記錄有效鉆深及相應(yīng)的時(shí)間。