专利名称：一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置及测量方法
技术领域：
本发明专利涉及钻探技术领域相关参数的实验装置及测量方法，特别是涉及一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置及测量方法。
背景技术：
在冰层回转钻进过程中钻头切削冰或冰岩夹层时会产生一定的热量，导致钻头切削具周围的温度上升。当温度升幅较大时，会导致冰屑融化或处于熔融状态，冰屑的物理力学性质发生改变而易粘附在钻头切削具或钻具其它位置，影响机械钻速，同时融化产生的水容易在钻具局部位置再次冻结成冰，致使钻井液循环不畅，甚至发生卡钻事故。切削产生的热量传递给冰芯还会产生热应力，使冰芯上的裂纹扩张甚至断裂，严重影响冰芯质量。尤其在暖冰层钻进时，切削热的影响更为明显。钻压、转速、钻井液流量等钻进参数和切削具类型对切削热有着重要的影响，优化钻进参数组合、优选钻头类型是冰层取芯钻进安全和获得高质量冰芯的重要保证，但目前尚没有相应的实验装置和测量方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决在冰层回转钻进过程中钻压、转速和钻井液流量等参数对切削热的影响无法准确获得的问题而提供的一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置及测量方法。本发明所述的冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置是由热电偶、无线发射器、扭矩传感器、两个压力传感器、流量计、压力表、拉绳位移传感器和电脑组件组成，其中热电偶安设在钻头下端切削具的圆孔内，热电偶与无线发射器之间由连接导线连接，无线发射器固定在钻杆上，无线发射器与钻杆一同转动，热电偶与无线发射器的连接导线设在钻头和冰芯管上开设的沟槽内，扭矩传感器转子的两端分别与冰芯管和钻杆连接，扭矩传感器的定子通过支撑架及滑块与固定在钻机上的导向架相连，扭矩传感器的定子能够随钻杆进行上下运动，两个压力传感器分别安装在钻机给进油缸的上下腔，流量计、压力表安设在泥浆泵出口的管路上，拉绳位移传感器两端分别固定在钻机卡盘和壳体上，电脑组件上设有无线接收装置，能够接收无线发射器传送的信号，扭矩传感器、压力传感器、流量计、压力表和拉绳位移传感器分别通过相应的信号线与电脑组件连接。钻头和冰芯管上开设有连接导线布设沟槽。将热电偶的探头安装在钻头下端切削具所开设的圆孔内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封。本发明所述的冰层回转钻进切削热及钻进参数测量方法如下所述:
第一步:将热电偶的探头安装在钻头下端切削具开设的圆孔内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封，热电偶与无线发射器的连接导线沿钻头和冰芯管外表面上的沟槽与无线发射器相连，无线发射器及其电池固定在钻杆上，随钻杆一起回转，无线发射器将检测到的温度信号传输至电脑组件上的无线接收装置，经信号转换后传输至电脑并由组态软件实时动态显示；
第二步:将扭矩传感器安装在冰芯管与主动钻杆之间，用于检测钻头转速和扭矩； 第三步:将两个压力传感器分别安装在钻机给进油缸的上下腔，通过压差获得钻压； 第四步:将流量计和压力表安装在泥浆泵出口的管路上，用于检测钻井液流量和泵
压；
第五步:将拉绳位移传感器安装在钻机的卡盘和壳体之间，用于检测钻进进尺，并获得平均机械钻速；
第六步:将扭矩传感器、两个压力传感器、流量计、压力表和拉绳位移传感器通过相应的信号线与电脑组件连接，将检测的所有信号经电脑组件相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示，钻压、转速、流量、平均机械钻速参数可通过钻机和泥浆泵进行调节。本发明的有益效果:
填补了冰层回转钻进切削热研究方面的空白，能够实时检测钻压、转速、扭矩、平均机械钻速、钻进进尺、切削温度、钻井液流量和泵压等参数，并能够精确控制钻压、转速、钻井液流量及平均机械钻速等参数，有利于研究各参数之间的相互关系，为优化钻进参数组合和钻头结构类型提供依据。
图1为本发明所述的实验装置整体布置示意图。图2为本发明所述实验装置中的热电偶和无线发射器布置示意图。图3为热电偶安装位置示意图。图4为切削具中圆孔布设示意图。1、热电偶 2、无线发射器 3、扭矩传感器 4、压力传感器
5、流量计 6、压力表 7、拉绳位移传感器 8、电脑组件
9、钻头 10、切削具 11、圆孔 12、连接导线 13、冰芯管 14、沟槽 15、钻杆 16、支撑架 17、滑块 18、钻机 19、导向架 20、泥浆泵。
具体实施例方式请参阅图1、图2、图3和图4所示:
本发明所述的冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置是由热电偶1、无线发射器2、扭矩传感器3、两个压力传感器4、流量计5、压力表6、拉绳位移传感器7和电脑组件8组成，其中热电偶I安设在钻头9下端切削具10的圆孔11内，热电偶I与无线发射器2之间由连接导线12连接，无线发射器2固定在钻杆15上，无线发射器2与钻杆15 —同转动，热电偶I与无线发射器2的连接导线12设在钻头9和冰芯管13上开设的沟槽14内，扭矩传感器3转子的两端分别与冰芯管13和钻杆15连接，扭矩传感器3的定子通过支撑架16及滑块17与固定在钻机18上的导向架19相连，扭矩传感器3的定子能够随钻杆15进行上下运动，两个压力传感器4分别安装在钻机18给进油缸的上下腔，流量计5、压力表6安设在泥浆泵20出口的管路上，拉绳位移传感器7两端分别固定在钻机18的卡盘和壳体上，电脑组件8上设有无线接收装置，能够接收无线发射器2传送的信号，扭矩传感器3、压力传感器
4、流量计5、压力表6和拉绳位移传感器7分别通过相应的信号线与电脑组件8连接。钻头9和冰芯管13上开设有连接导线12的布设沟槽14。将热电偶I的探头安装在钻头9下端切削具10所开设的圆孔11内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封。本发明所述的冰层回转钻进切削热及钻进参数测量方法如下所述:
第一步:将热电偶I的探头安装在钻头9下端切削具10开设的圆孔11内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封，热电偶I与无线发射器2的连接导线12沿钻头9和冰芯管13外表面上的沟槽14与无线发射器2相连，无线发射器2及其电池固定在钻杆15上，随钻杆15 一起回转，无线发射器2将检测到的温度信号传输至电脑组件8上的无线接收装置，经信号转换后传输至电脑并由组态软件实时动态显示；
第二步:将扭矩传感器3安装在冰芯管13与主动钻杆15之间，用于检测钻头9的转速和扭矩；
第三步:将两个压力传感器4分别安装在钻机18给进油缸的上下腔，通过压差获得钻
压；
第四步:将流量计5和压力表6安装在泥浆泵20出口的管路上，用于检测钻井液流量和栗压；
第五步:将拉绳位移传感器7安装在钻机18的卡盘和壳体之间，用于检测钻进进尺，并获得平均机械钻速；
第六步:将扭矩传感器3、两个压力传感器4、流量计5、压力表6和拉绳位移传感器7通过相应的信号线与电脑组件8连接，将检测的所有信号经电脑组件8相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示，钻压、转速、流量、平均机械钻速参数可通过钻机18和泥浆泵20进行调节。
权利要求
1.一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置，其特征在于:是由热电偶、无线发射器、扭矩传感器、两个压力传感器、流量计、压力表、拉绳位移传感器和电脑组件组成，其中热电偶安设在钻头下端切削具的圆孔内，热电偶与无线发射器之间由连接导线连接，无线发射器固定在钻杆上，无线发射器与钻杆一同转动，扭矩传感器转子的两端分别与冰芯管和钻杆连接，扭矩传感器的定子通过支撑架及滑块与固定在钻机上的导向架相连，扭矩传感器的定子能够随钻杆进行上下运动，两个压力传感器分别安装在钻机给进油缸的上下腔，流量计、压力表安设在泥浆泵出口的管路上，拉绳位移传感器两端分别固定在钻机卡盘和壳体上，电脑组件上设有无线接收装置，能够接收无线发射器传送的信号，扭矩传感器、压力传感器、流量计、压力表和拉绳位移传感器分别通过相应的信号线与电脑组件连接。
2.根据权利要求1所述的一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置，其特征在于:所述的钻头和冰芯管上开设有连接导线布设沟槽。
3.根据权利要求1所述的一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置，其特征在于:所述的热电偶与无线发射器的连接导线设在钻头和冰芯管上开设的沟槽内。
4.根据权利要求1所述的一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置，其特征在于:所述的热电偶的探头安装在钻头下端切削具所开设的圆孔内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封。
5.一种冰层回转钻进切削热及钻进参数测量方法，其方法如下所述: 第一步:将热电偶的探头安装在钻头下端切削具开设的圆孔内，用导热硅质填充并用玻璃胶将其密封，热电偶与无线发射器的连接导线沿钻头和冰芯管外表面上的沟槽与无线发射器相连，无线发射器及其电池固定在钻杆上，随钻杆一起回转，无线发射器将检测到的温度信号传输至电脑组件上的无线接收装置，经信号转换后传输至电脑并由组态软件实时动态显示； 第二步:将扭矩传感器安装在冰芯管与主动钻杆之间，用于检测钻头转速和扭矩； 第三步:将两个压力传感器分别安装在钻机给进油缸的上下腔，通过压差获得钻压； 第四步:将流量计和压力表安装在泥浆泵出口的管路上，用于检测钻井液流量和泵压； 第五步:将拉绳位移传感器安装在钻机的卡盘和壳体之间，用于检测钻进进尺，并获得平均机械钻速； 第六步:将扭矩传感器、两个压力传感器、流量计、压力表和拉绳位移传感器通过相应的信号线与电脑组件连接，将检测的所有信号经电脑组件相应模块转换、放大后由组态软件实时动态显示，钻压、转速、流量、平均机械钻速参数可通过钻机和泥浆泵进行调节。
全文摘要
本发明公开了一种冰层回转钻进切削热及钻进参数实验装置及测量方法，实验装置是由热电偶、无线发射器、扭矩传感器、两个压力传感器、流量计、压力表、拉绳位移传感器和电脑组件组成，测量方法第一步将无线发射器将检测到的温度信号传输至电脑组件上的无线接收装置，经信号转换后传输至电脑并由组态软件实时动态显示；第二步检测钻头转速和扭矩；第三步通过压差获得钻压；第四步检测钻井液流量和泵压；第五步获得平均机械钻速；第六步钻压、转速、流量、平均机械钻速参数可通过钻机和泥浆泵进行调节，有益效果填补了冰层回转钻进切削热研究方面的空白，为优化钻进参数组合和钻头结构类型提供依据。
文档编号E21B47/06GK103161449SQ20131009086
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者曹品鲁, 刘春朋, 郑治川, 达拉拉伊, 宫文斌, 白杨, 张野, 谯延杰, 廖坤 申请人:吉林大学