[發明專利]一種超重力場天然氣水合物模擬開采試驗用鉆進裝置

在審

• 申請號: 202210048943.6
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114382411A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 許元恒;李心耀;呂磊;張建全;陳良軍;周煬挺;王鑫磊;蔣汶莙
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/136;E21B7/20;E21B15/02;E21B15/04;E21B3/02;E21B19/081
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 司曉雨

本發明涉及天然氣水合物開采技術領域，具體公開了一種超重力場天然氣水合物模擬開采試驗用鉆進裝置，包括高壓模型箱，所述高壓模型箱的外部設置有支架，所述支架上滑動設置有驅動裝置，所述驅動裝置的輸出端設置有旋刀，所述旋刀位于所述高壓模型箱內。本發明的優點是只用一個驅動裝置就實現旋轉和進給兩個工作，結構緊湊，更易在高超重力場環境下工作。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采技術領域，特別是一種超重力場天然氣水合物模擬開采試驗用鉆進裝置。

背景技術

由于天然氣水合物開采過程的隱蔽性和復雜性，開采現場試驗投資巨大，且存在安全問題，致使在實驗室進行物理模擬試驗成為必然趨勢。然而，現有模擬試驗裝置多在常重力下進行研究，無法反應水合物開采過程真實應力場，而超重力條件下模型能夠利用過載來彌補應力的損失。在超重力場下進行縮比模型的開采試驗，即用1/n縮小的模型在n倍重力的超重力場中開展研究，能夠有較高的準確性和經濟性，是國內外天然氣水合物開采領域重要研究方向。

目前，超重力場水合物開采模擬試驗裝置較少且模擬過程不完整，現有的開采模擬僅針對水合物分解過程，對開采操作過程尚未見公開報道。開采操作包括鉆和進兩個動作，且需要在數百倍于重力的超重力場下實現，結構因受到數百倍于自身的離心力而發生較大變形，結構越復雜越難以實現，需一種緊湊簡潔的裝置去實現該過程。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種超重力場天然氣水合物模擬開采試驗用鉆進裝置。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種超重力場天然氣水合物模擬開采試驗用鉆進裝置，包括高壓模型箱，所述高壓模型箱的外部設置有支架，所述支架上滑動設置有驅動裝置，所述驅動裝置的輸出端設置有旋刀，所述旋刀位于所述高壓模型箱內。

具體地，所述支架包括連接桿和兩根導向桿，兩根所述導向桿平行設置且一端均固定在高壓模型箱上，兩根所述導向桿的另一端通過所述連接桿連接。

具體地，所述驅動裝置包括驅動電機和絲桿，所述驅動電機固定在安裝板上，所述安裝板與兩根所述導向桿分別通過直線軸承滑動連接，所述絲桿與驅動電機的輸出軸連接，所述旋刀固定在絲桿的一端，所述高壓模型箱上固定有一螺母，所述絲桿與螺母螺紋連接。

具體地，所述高壓模型箱上設置有安裝孔，所述絲桿穿過所述安裝孔延伸至高壓模型箱內，所述高壓模型箱內側位于安裝孔處設置有復合密封，所述復合密封固定在高壓模型箱上用于密封高壓模型箱和絲桿。

具體地，所述旋刀包括刀桿和螺旋刀片，所述螺旋刀片螺旋固定在刀桿上，所述螺旋刀片一端的邊緣處和刀桿的端頭上均設置有刃口，所述刀桿的一端設置有固定座，所述固定座上設置有固定孔用于安裝旋刀。

具體地，所述旋刀與絲桿連接的一端外部套設有刀筒，所述刀筒轉動設置在絲桿上。

具體地，所述絲桿的一端設置有連接板，所述連接板上設置有滾珠軸環，所述滾珠軸環的一端固定在連接板上，另一端與刀筒固定連接。

具體地，所述刀筒包括支護筒和儲料筒，所述儲料筒的直徑大于支護筒的直徑，所述儲料筒與支護筒連通，連通處為錐形結構，所述儲料筒與滾珠軸環連接。

具體地，所述連接桿上設置有激光位移傳感器。

本發明具有以下優點：

1、本發明的鉆進裝置只用一個驅動電機就實現旋轉和進給兩個工作，結構緊湊，更易在高超重力場環境下工作；

2、在絲桿的一端設置刀筒，旋刀穿過刀筒能夠實現模擬開采和井口支護操作；刀筒與旋刀共同進給且不旋轉，對已開采層不會產生摩擦干擾。

附圖說明

圖1 為本發明的鉆井裝置整體結構示意圖；

圖2 為圖1中A處的放大結構示意圖；

圖3 為本發明的旋刀結構示意圖；