一种适用于PDC单齿直线和旋转刮切破岩试验装置的制作方法

本发明涉及油气开发模拟钻井试验，具体而言，涉及一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置。

背景技术：

1、随着经济的高速发展，国家对油气资源的需求日益严峻，油气开采逐渐伸向深层或超深地层，据调研，钻井深度越深，钻井环境就越复杂，对钻井工具的要求也越高，然而pdc钻头作为当前重要的钻井工具，面对复杂的钻井环境，pdc钻头逐渐向个性化方向发展。

2、对pdc钻头进行个性化设计时，需要通过单齿破岩试验来确定布齿参数，由于试验装置测试的准确性是保障pdc钻头破岩效果的重要途经，所以保障试验装置试验的准确性是当前亟需解决的困难。

3、目前的pdc齿破岩试验装置主要分为直线刮切破岩和旋转刮切破岩，由于单纯的直线刮切不能完全模拟井下真实的旋转破岩过程，而单纯的旋转刮切破岩在试验时不能保证岩石处于水平状态，导致得到的参数波动过大，从而影响数据精度，因此，单纯的直线刮切破岩和旋转刮切破岩均不能准确的测试出钻井参数。

4、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、现有技术存在的问题是当前直线刮切破岩试验装置不能真实模拟井下旋转刮切破岩过程，而旋转刮切破岩试验装置不能在试验前对岩石表面进行刨平处理而导致精度不高，本发明目的在于提供一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，将直线刮切破岩方式和旋转刮切破岩方式相结合，不仅能进行单齿直线刮切破岩试验，也能进行单齿或多齿旋转刮切破岩试验，在真实模拟井下旋转破岩过程的同时，也能保证试验精度，为高效破岩钻头的设计提供试验基础。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，包括岩石移动装置、钻压和吃深供给装置、齿旋转装置和齿直线移动装置；

4、所述钻压和吃深供给装置安装在岩石移动装置上，用于向pdc齿提供试验所需钻压或吃深；

5、所述岩石移动装置用于驱动钻压和吃深供给装置在水平方向移动；

6、所述齿旋转装置设置在钻压和吃深供给装置的上方，齿旋转装置与水平设置的齿直线移动装置垂直相连，齿旋转装置底部设置有pdc齿夹具；

7、所述齿直线移动装置用于驱动齿旋转装置沿着与钻压和吃深供给装置移动方向垂直的水平方向做直线运动，所述齿旋转装置用于驱动pdc齿在水平方向上做旋转运动。

8、本发明的试验装置将直线刮切破岩方式和旋转刮切破岩方式相结合，不仅能进行单齿直线刮切破岩试验，也能进行单齿或多齿旋转刮切破岩试验，在真实模拟井下旋转破岩过程的同时，也能保证试验精度，为高效破岩钻头的设计提供试验基础。

9、进一步，还包括工作台和电脑，岩石移动装置和齿直线移动装置通过螺栓安装在工作台表面上，所述电脑通过橡胶电缆分别与岩石移动装置、钻压和吃深供给装置、齿旋转装置、齿直线移动装置连接。

10、进一步，所述岩石移动装置包括水平导轨，所述导轨上安装有移动载体，减速器一和电机一均通过螺栓与移动载体固定连接，减速器一和电机一之间通过联轴器连接，齿轮安装在减速器一下部，导轨的内侧壁上安装有齿条，移动载体的底面安装有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮通过减速器一与电机一相连，电机一驱动齿轮转动使齿轮沿着齿条做水平运动从而驱动移动载体在水平方向移动，导轨的两端通过螺栓安装有导轨挡板。

11、进一步，所述钻压和吃深供给装置安装在移动载体上，包括液压装置、岩石夹具和岩石，液压装置与岩石夹具通过螺栓连接，岩石固定在岩石夹具上，液压装置能够驱动岩石向上运动以向pdc齿提供试验所需钻压或吃深。

12、进一步，所述岩石夹具包括夹具主体、弹性垫片、移动块、扳手、轴承一和固定块，夹具主体的内侧设置有多个弹性垫片，弹性垫片与夹具主体之间设置有移动块，移动块安装在固定块上，所述固定块设置在夹具主体表面的滑槽中，扳手穿过夹具主体与移动块并与移动块之间螺纹连接，通过转动扳手能够推动固定块、移动块和弹性垫片朝向正对设置弹性垫片所在方向运动实现岩石的夹持，其中固定块通过滑槽限位，能够防止移动块在移动过程中上下晃动；轴承一设置在扳手与夹具主体的连接处，用于对扳手起到支撑作用；其中扳手与轴承一内部为过盈配合，与夹具主体为间隙配合。

13、进一步，所述齿旋转装置包括从上至下依次连接的电机二、减速器二、传感器和参数调节装置，所述参数调节装置包括齿距调节部件和后倾角调节部件，齿距调节部件上开设有调节安装条孔，后倾角调节部件的上端通过螺栓连接在调节安装条孔上，下端与pdc齿夹具相连。

14、进一步，所述后倾角调节部件包括初始后倾角调节部件、后倾角增大调节部件和后倾角减小调节部件。

15、进一步，所述齿直线移动装置包括丝杆和电机三，丝杆的前端与齿旋转装置相连，电机三驱动丝杆进而带动齿旋转装置水平运动。

16、进一步，所述丝杆包括螺杆、轴承二、丝杆外壳和伸出杆，丝杆外壳两端开口，伸出杆套设在丝杆外壳内，伸出杆的一端内螺纹连接有螺杆，螺杆的端部伸出丝杆外壳端部与电机三相连，伸出杆的另一端伸出丝杆外壳端部与齿旋转装置相连；其中所述丝杆中的螺杆与轴承二内部为过盈配合，轴承二外部与丝杆外壳内部为过盈配合，丝杆外壳内部与伸出杆表面为间隙配合。

17、本发明在进行pdc单齿直线刮切破岩试验时，电脑控制齿旋转装置保持固定，仅通过齿直线移动装置进行直线刮切，在此过程中，通过岩石移动装置改变破岩刮切轨迹，通过钻压和吃深供给装置提供试验所需钻压或吃深；

18、在进行pdc齿旋转刮切破岩试验时，电脑控制齿直线移动装置和岩石移动装置固定在合适位置，使齿旋转装置停留在岩石正上方，并进行旋转刮切破岩试验，在此过程中，通过钻压和吃深供给装置提供试验所需钻压或吃深；

19、由于本发明具有齿直线移动装置，因此能在旋转刮切破岩之前通过单齿直线刮切对岩石表面进行刨平处理，从而保证试验的准确性，也可根据试验需求进行多颗pdc齿联合旋转刮切破岩试验，只需要在齿距调节部件上并排安装多个后倾角调节部件，即可开展多颗pdc齿联合旋转刮切破岩试验。

20、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

21、1、本发明提出一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，将直线刮切破岩方式和旋转刮切破岩方式相结合，不仅能进行单齿直线刮切破岩试验，也能进行单齿或多齿旋转刮切破岩试验，更加真实的模拟井下旋转破岩过程并保证了试验准确性；

22、2、本发明实施例提供的一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，相较于现有单齿旋转刮切破岩试验装置，本发明能在旋转刮切破岩之前通过单齿直线刮切对岩石表面进行刨平处理，从而保证试验的准确性；

23、3、本发明实施例提供的一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，也可根据试验需求进行多颗pdc齿联合旋转刮切破岩试验；

24、4、本发明实施例提供的一种适用于pdc单齿直线和旋转刮切破岩试验装置，通过配置不同后倾角调节部件，同时各部件之间采用螺栓连接，因此可以采用手动控制螺栓方式进行后倾角、齿侧转角、齿到钻头中心线距离的调节，保证了试验参数的准确性。