CN208350488U - 岩石制样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种岩石制样装置，属于岩石物理模拟试验技术领域。用于制备具有裂缝的标准岩样，包括用于固定岩样的基座、用于钻孔和割缝的水力钻杆、用于向水力钻杆供水的泵压机构、以及用于调节水力钻杆安装位置的调节机构，水力钻杆两端分别固定连接有钻头和钻机，钻机固定安装在调节机构上，钻头内设有水力割缝阀，通过调整泵压机构的供水压力控制水力割缝阀的不同通道的通断实现水力钻杆的钻进和割缝功能一体化设计。本实用新型提供的岩石制样装置与现有技术相比，可以通过一套设备进行岩样的固定，实现岩样的钻孔和割缝，通过调节机构实现水力钻杆的退杆距离可控，保障割缝的间距，操作简单，且设备实现一体化设计，适宜推广。

Description

岩石制样装置

技术领域

本实用新型属于岩石物理模拟试验技术领域，更具体地说，是涉及一种岩石制样装置。

背景技术

现有的压裂模拟设备对样品选用苛刻，实验室环境中，一般采用钻井现场获取的真实岩心或者人工试样作为压裂模拟试验的岩石样品，岩石样品压裂前需要对其进行裂缝预处理，以满足压裂模拟试验中注入压裂液的要求。现有应用中一般采用钻机对岩石样品进行钻孔获得盲孔，钻孔施工完成后，在盲孔侧壁上进行割缝作业形成射孔，即可获得压裂模拟用的目标试件。现有试验室环境中，岩样制备过程需采用不同钻孔和割缝工具，且仅适用于大规格的岩石样品，使用过程需分别单独对岩样进行固定，操作繁琐且不方便。

实用新型内容

本实用新型提供了一种岩石制样装置，旨在解决现有技术中具有裂缝的岩石制样装置未能实现一体化，操作不方便的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种岩石制样装置，用于制备具有裂缝的目标岩样,包括用于固定岩样的基座、用于钻孔和割缝的水力钻杆、用于向所述水力钻杆供水的泵压机构、以及用于调节所述水力钻杆安装位置的调节机构，所述水力钻杆两端分别固定连接有钻头和钻机，所述钻机固定安装在所述调节机构上，所述钻头内设有水力割缝阀。

进一步地，所述水力割缝阀的各通道分别与所述水力钻杆、设于所述钻头前端的钻进喷嘴和设于所述钻头侧壁上的割缝喷嘴连接，所述水力割缝阀沿所述钻头的轴线方向设有锥形部，所述锥形部上安装有弹簧，所述弹簧的自由端固定有与所述水力割缝阀的内壁滑动配合的滑动阀芯。

进一步地，所述滑动阀芯包括连接部和台阶部，所述台阶部与所述水力割缝阀的内壁滑动配合，所述连接部与所述台阶部之间设有允许水流通过的通孔，沿所述钻头轴线方向，所述台阶部的长度小于所述弹簧的压缩行程。

进一步地，所述钻头、所述割缝喷嘴和所述钻进喷嘴均为硬质合金材料。

进一步地，所述基座上设有可拆卸的轴套，所述基座上还设有用于套设在岩样的环周与所述轴套螺纹配合的锁紧套，所述锁紧套上设有沿所述锁紧套轴线方向的开槽,所述轴套内壁上设有锥螺纹，所述锥螺纹的底部的直径小于所述锁紧套的外螺纹直径，所述锁紧套的端部设有用于旋紧所述锁紧套的锁紧手柄。

进一步地，所述基座上平行设置有用于锁紧岩样的固定座和活动座，所述活动座上设有用于驱动所述活动座靠近或远离所述固定座的调节螺栓，所述固定座和所述活动座与所述岩样接触的侧面上设有防滑纹。

进一步地，所述调节机构固定安装在所述基座上，所述调节机构包括用于安装所述钻机的支撑板和用于固定并调节所述支撑板高度的支撑调节组件，所述支撑调节组件上设有刻度尺。

进一步地，所述支撑调节组件包括相互套设的外立柱和内立柱和用于驱动所述内立柱沿所述外立柱上下移动的丝杠；所述丝杠的杆端设有用于驱动所述丝杠旋转的调节手柄，所述支撑板固定在所述内立柱上。

进一步地，还包括用于连接所述泵压机构和所述水力钻杆的快速接头。

进一步地，所述水力钻杆为钢制一体式钻杆。

本实用新型提供的岩石制样装置，与现有技术相比，通过在钻头上设置水力割缝阀，调整水泵压力来控制水力割缝阀的不同通道通断来实现钻头的低压钻进和高压割缝，钻孔完成后，按一定割缝间距退杆并重复操作即可形成簇状平行排列的模拟“射孔”，实现了岩样的钻进和割缝的一体化设计；通过设置用于固定岩石的基座和用于调节水力钻杆安装位置的调节机构，不需要其他辅助工具即可实现岩石的固定和水力钻杆的退杆距离的精确控制，且退杆后水力钻杆沿钻进方向的位置固定，可保障“射孔”平行排列。本实用新型提供的岩石制样装置与现有技术相比，可以通过一套设备进行岩样的固定，实现岩样的钻孔和割缝，通过调节机构实现水力钻杆的退杆距离可控，保障割缝的间距，操作简单，且设备实现一体化设计，适宜推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的岩石制样装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的岩石制样装置去掉基座和调节机构后的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的水力割缝阀的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一提供的基座的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的基座的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的支撑调节组件的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1—注液口；2—岩样；3—盲孔；4—射孔；5—模拟井底口袋；6—钻头；7 —水力割缝阀；8—水力钻杆；9—快速接头；10—导管；11—泵压装置；12—水箱；13-弹簧；14-滑动阀芯；1401-连接部；1402-台阶部；15-钻进喷嘴；16- 割缝喷嘴；17-轴套；18-锁紧套；19-锁紧手柄；20-锁紧座；2001-固定座；2002- 活动座；21-调节螺栓；22-调节机构；23-支撑调节组件；2301-内立柱；2302- 外立柱；2303-丝杠；2304-调节手柄；24-支撑板；25-基座；26-钻机；27-连接件。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，现对本实用新型提供的岩石制样装置进行说明，用于制备具有裂缝的标准岩样，包括用于固定岩样的基座25、用于钻孔和割缝的水力钻杆8、用于向水力钻杆8供水的泵压机构11、以及用于调节水力钻杆8安装位置的调节机构22，水力钻杆8两端分别固定连接有钻头6和钻机26，钻机 26固定安装在调节机构22上，钻头8内部设有水力割缝阀7，通过调整泵压机构11的供水压力实现水力割缝阀7的不同通道的通断来实现水力钻杆8的低压钻进和高压割缝。

压裂模拟用标准岩样一般为圆柱型岩样，岩样端面上设有注液口和圆柱形盲孔，盲孔侧壁上设有簇状平行排列的模拟“射孔”4。

实际生产中的操作步骤如下：

(1)选取岩样本体，可以为钻井现场获取的真实岩心，也可以为人工试样，岩样本体为圆柱型；

(2)将岩样2固定在基座25上，端面向上；

(3)调整泵压机构11压力，使得水力割缝阀7轴向喷射高压水流，则钻头6前端出水垂直端面向下连续钻进；

(4)连续钻进形成盲孔3，盲孔底部预留一定深度，优选地，预留深度为盲孔3深度的三分之一左右，盲孔3即为岩石压裂模拟试验中的注液口1，该预留深度为模拟井底口袋5；

(5)调节调节机构22，驱动钻机26和水力钻杆8向上钻杆；

(6)调整水泵压力，使得水力割缝阀7径向喷射高压水流，在盲孔侧壁上形成缝槽，优选地，缝长为盲孔3半径的二分之一。

(7)重复操作步骤5和步骤6，形成簇状平行排列的模拟“射孔”4；

(8)清洗岩样，获得岩石压裂模拟用的标准岩样试件。

具体的，泵压装置11用于向水力钻杆8提供高压水流，泵压装置11通过高压导管10和旋转水尾与水力钻杆8固定连接，高压导管10连接至水箱12。实际应用中，高压水一般是指压力超过20Mpa的高压水。

本实用新型提供的岩石制样装置，与现有技术相比，通过在钻头上设置水力割缝阀，调整水泵压力来控制水力割缝阀的不同通道通断来实现钻头的低压钻进和高压割缝，钻孔完成后，按一定割缝间距退杆并重复操作即可形成簇状平行排列的模拟“射孔”，实现了岩样的钻进和割缝的一体化设计；通过设置用于固定岩石的基座和用于调节水力钻杆安装位置的调节机构，不需要其他辅助工具即可实现岩石的固定和水力钻杆的退杆距离的精确控制，且退杆后水力钻杆沿钻进方向的位置固定，可保障“射孔”平行排列。本实用新型提供的岩石制样装置与现有技术相比，可以通过一套设备进行岩样的固定，实现岩样的钻孔和割缝，通过调节机构实现水力钻杆的退杆距离可控，保障割缝的间距，操作简单，且设备实现一体化设计，适宜推广。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，水力割缝阀7的各通道分别与水力钻杆8、设于钻头6前端的钻进喷嘴15和设于钻头6侧壁上的割缝喷嘴16连接，水力割缝阀7沿钻头6的轴线方向设有锥形部，锥形部上安装有弹簧13，弹簧13的自由端固定有与水力割缝阀7的内壁滑动配合的滑动阀芯14。

具体的，水力割缝阀7通过连接件27可拆卸的安装在水力钻杆8上，高压水通过水力钻杆8进入水力割缝阀，水力割缝阀7位于钻头6的内部，水力割缝阀沿钻头6的轴线放线设有锥形部，锥形部的前端设有轴向通道，钻头6与轴向通道对应位置设有钻进射流口，钻进喷嘴15安装在钻进射流口内部，深入轴向通道内部。水力割缝阀侧壁上设有径向通道，径向通道可以为多个，钻头 6侧壁与径向通道对应位置设有割缝射流口，割缝喷嘴16安装在割缝射流口内部，深入径向通道内部，本实施例中，径向通道有两个，对称布置。

水力割缝阀7内部设有弹簧13和滑动阀芯14，滑动阀芯14为台阶型结构，滑动阀芯14与水力割缝阀的内壁滑动配合，高压水压力超过弹簧13的阈值后即可推动滑动阀芯14沿钻头6的轴线方向移动实现水力割缝阀径向通道和轴向通道的通断，本方案中，通过设置水力割缝阀，可以实现钻头的钻进和割缝的一体化设计，水力割缝阀可拆卸的安装在水力钻杆上，方便进行维修和更换，且可通过更换不同的水力割缝阀，调整弹簧的阈值，适用于不同的工况。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，滑动阀芯14包括连接部1401和台阶部1402，台阶部1402与水力割缝阀7的内壁滑动配合，连接部1401与台阶部1402之间设有允许水流通过的通孔，沿钻头6轴线方向，台阶部1402的长度小于弹簧13的压缩行程。

弹簧13两端分别连接水力割缝阀7的锥形部和滑动阀芯14的连接部1401，连接部1401和台阶部1402均为圆柱型，连接部1402的直径小于水力割缝阀7 的内壁的孔径，台阶部1402与水力割缝阀7的内壁滑动配合且台阶部1402的直径与水力割缝阀7的内壁孔径大小相同。弹簧13有两个，对称布置。

弹簧13处于自由状态时，台阶部1402位于水力割缝阀7径向通道的位置，径向通道处于关闭状态，台阶部1402设有空腔，高压水通过空腔和通孔进入水力割缝阀的轴向通道，通过钻进喷嘴15射出，水力钻杆8进行钻进工作；弹簧 14压缩时，高压水将连接部1402挤压在水力割缝阀7的锥形部上，轴向通道关闭，由于台阶部1402的长度小于弹簧13的压缩行程，此时径向通道打开，高压水通过空腔进入水力割缝阀7的径向通道，通过割缝喷嘴16射出，水力钻杆8进行割缝操作。通过弹簧和滑动阀芯的设置，实现在不同压力水下不同通道的通断，实现水力割缝阀的高压钻进和低压割缝。

进一步地，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，钻头6、割缝喷嘴15和钻进喷嘴16均为硬质合金材料，喷嘴是水力钻进和割缝的重要原件，其材质本身需要耐磨、耐高压、耐腐蚀，优选地，其截面采用圆锥收敛结构，配合合适的喷嘴直径，高压水射出形成射流，为切割岩石提供足够大的切割力，本实施例中采用硬质合金材料。

进一步地，请参阅图1和图5，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，基座25上设有可拆卸的轴套17、用于套设在圆柱岩样2的环周与轴套17螺纹配合的锁紧套18，锁紧套18上设有沿锁紧套18轴线方向的开槽,轴套17内壁上设有锥螺纹，锥螺纹的底部的直径小于锁紧套18的外螺纹直径，锁紧套18的端部设有用于旋紧锁紧套18的锁紧手柄19。

基座25用于固定岩样，轴套17的内壁上的锥螺纹直径从外到内逐渐缩小，且锥螺纹底部的直径小于锁紧套18的外螺纹直径，因此当锁紧套18旋到轴套 17内时，轴套17会对锁紧套18和岩样2产生挤压作用，将岩样2进行固定。轴套17可拆卸的固定在基座25上，实际应用中可以根据岩样直径设置轴套17 锥螺纹和锁紧套18的大小，压裂模拟试验岩样直径通常为为Φ60mm、Φ90mm、Φ120mm。通过轴套和锁紧套的配合，旋紧锁紧套可以将岩样进行固定，旋松锁紧套，则可以将岩样取出，操作方便，锁紧牢靠。

进一步地，请参阅图1和图4，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，基座25上平行设置有用于锁紧岩样2的固定座2001和活动座2002，活动座2002上设有用于驱动活动座2002靠近或远离固定座2001的调节螺栓21，固定座2002和活动座2001与岩样2接触的侧面上设有防滑纹。活动座2002和固定座2001共同构成锁紧座20，活动座2002可以在调节螺栓 21的驱动下远离和靠近固定座2001，优选地，调节螺栓21上设有锁紧螺母。通过调节螺栓驱动活动座靠近和远离固定座实现岩样的锁紧和松开，方便进行岩样的固定。

进一步地，请参阅图1和图5，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，调节机构22固定安装在基座25上，用于安装钻机26的支撑板24、用于固定并调节支撑板24高度的支撑调节组件23，支撑调节组件23 上设有刻度尺。调节机构22用于固定钻机26，并调节钻杆8沿钻进方向与岩样2之间的距离。调节机构22可以为滚珠丝杠调节机构，滑块锁紧机构，通过设置调节机构，可以实现钻杆位置的精确控制，保障割缝位置。

进一步地，请参阅图6，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，支撑调节组件23包括相互套设的外立柱2302和内立柱2301、用于驱动内立柱2301沿外立柱2302上下移动的丝杠2303；丝杠2303的杆端设有用于驱动丝杠2303旋转的调节手柄2304，支撑板24固定在所述内立柱2303 上。

外立柱2302和内立柱2301套设在一起，丝杠2303的一端固定在外立柱 401上，另一端通过固定螺母与内立柱2301连接，则转动丝杠2303可以实现内立柱2301相对于外立柱2302上下移动，设有调节手柄2304方便操作。优选地，外立柱2302内壁上设有用于导向和防磨的非金属导向条2305，可以有效的避免内立柱2301在外立柱2302内晃动或者划伤。通过与外立柱和内立柱连接的丝杠的设计，可以实现内立柱相对于外立柱上下移动，调整支撑板的高度，且可保障调节距离精度可靠。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，还包括用于连接泵压机构11和水力钻杆8的快速接头9，快速接头 9与水力钻杆8采用聚氨酯密封圈密封，采用高压快速接头9可以实现泵压机构11和水力钻杆8的快速连接，方便进行拆卸和搬运，采用密封圈密封可以防止高压水泄漏。

进一步地，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，水力钻杆8为钢制一体式钻杆，钻杆8为微型钻杆，适用于小规格的岩样本体。

进一步地，作为本实用新型提供的岩石制样装置的一种具体实施方式，还包括用于清洁岩样表面污染的清洁装置，清洁装置同样采用水力清洁，清洁装置包括输水管和喷头以及用于从水箱中抽取清洁水的低压水泵

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.岩石制样装置，用于制备具有裂缝的目标岩样,其特征在于：包括用于固定岩样的基座、用于钻孔和割缝的水力钻杆、用于向所述水力钻杆供水的泵压机构、以及用于调节所述水力钻杆安装位置的调节机构，所述水力钻杆两端分别固定连接有钻头和钻机，所述钻机固定安装在所述调节机构上，所述钻头内设有水力割缝阀。

2.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：所述水力割缝阀的各通道分别与所述水力钻杆、设于所述钻头前端的钻进喷嘴和设于所述钻头侧壁上的割缝喷嘴连接，所述水力割缝阀沿所述钻头的轴线方向设有锥形部，所述锥形部上安装有弹簧，所述弹簧的自由端固定有与所述水力割缝阀的内壁滑动配合的滑动阀芯。

3.如权利要求2所述的岩石制样装置，其特征在于：所述滑动阀芯包括连接部和台阶部，所述台阶部与所述水力割缝阀的内壁滑动配合，所述连接部与所述台阶部之间设有允许水流通过的通孔，沿所述钻头轴线方向，所述台阶部的长度小于所述弹簧的压缩行程。

4.如权利要求2所述的岩石制样装置，其特征在于：所述钻头、所述割缝喷嘴和所述钻进喷嘴均为硬质合金材料。

5.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：所述基座上设有可拆卸的轴套，所述基座上还设有用于套设在岩样的环周与所述轴套螺纹配合的锁紧套，所述锁紧套上设有沿所述锁紧套轴线方向的开槽,所述轴套内壁上设有锥螺纹，所述锥螺纹的底部的直径小于所述锁紧套的外螺纹直径，所述锁紧套的端部设有用于旋紧所述锁紧套的锁紧手柄。

6.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：所述基座上平行设置有用于锁紧岩样的固定座和活动座，所述活动座上设有用于驱动所述活动座靠近或远离所述固定座的调节螺栓，所述固定座和所述活动座与所述岩样接触的侧面上设有防滑纹。

7.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：所述调节机构固定安装在所述基座上，所述调节机构包括用于安装所述钻机的支撑板和用于固定并调节所述支撑板高度的支撑调节组件，所述支撑调节组件上设有刻度尺。

8.如权利要求7所述的岩石制样装置，其特征在于：所述支撑调节组件包括相互套设的外立柱和内立柱和用于驱动所述内立柱沿所述外立柱上下移动的丝杠；所述丝杠的杆端设有用于驱动所述丝杠旋转的调节手柄，所述支撑板固定在所述内立柱上。

9.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：还包括用于连接所述泵压机构和所述水力钻杆的快速接头。

10.如权利要求1所述的岩石制样装置，其特征在于：所述水力钻杆为钢制一体式钻杆。