手动岩石可钻性测试仪的研制

赵希春，邵东亮，黄少华，宿连军

(山东中石大石仪科技有限公司 山东 东营 257061)

手动岩石可钻性测试仪的研制

赵希春，邵东亮，黄少华，宿连军

(山东中石大石仪科技有限公司 山东 东营 257061)

手动岩石可钻性测试仪可以在室内条件下对各种岩石的硬度等级进行评定，可有效减少作业费用及作业风险；同时可以较好地模拟实际作业工况，通过实验得到的数据可以较好地指导现场作业施工。手动岩石可钻性测试仪运用DPS技术实现钻进过程的自动控制，主要由岩样夹持系统、微钻头、旋转装置、钻压模拟系统、数据采集及控制系统等组成。

钻井；手动测试仪；岩石可钻性；夹持系统；微钻头；旋转装置

0 引 言

钻井作业过程中，需根据岩石的硬度等级，选择合适的钻头钻进，提高钻进速度。需要在实验室，利用探井岩样或相似岩样能够方便、快速的进行钻进模拟，对可钻性级值进行测试。前期开发的自动岩石可钻性测试仪主要用于科研，购置费用较高，设备操作要求高，每次试验时间长，不能满足每一位学生动手操作。针对以上问题研制了手动岩石可钻性测试仪，购置费用低，操作方便，节省时间。

1 测试的技术要求

根据现行行业标准SY/T 5462—2000《岩石可钻性测定和分级方法》，岩石可钻性测试的要求是[1]：

1)旋转加载装置确保钻压为：

牙轮钻头： 动载： 890±20 N 静载： 890±10 N；

PDC钻头: 动载： 500±20 N 静载： 500±10 N；

2)转速： 55±1 r/min

3)位移： 精度0.01 mm

4)计时仪表： 精度0.01 s

5)钻头规格： 牙轮： 31.75 mm PDC钻头： 32 mm

2 测试仪系统组成及工作原理

2.1 系统组成

手动岩石可钻性测试仪主要由岩样夹持系统、微钻头、旋转装置、钻压模拟系统、数据采集及控制系统等组成。手动岩石可钻性测试仪整套系统构成如图1所示。

岩样夹持系统主要用于固定测试岩样；

但作为一辆大型豪华轿车，XJ应该如何演绎捷豹品牌一直以来在运动方面的造诣，同时展现英国人对于豪华轿车的独到见解呢？在上世纪60年代，完成这样的挑战绝非是易事。

微钻头主要包括牙轮钻头和PDC钻头两类；

旋转装置主要由伺服电机、减速机构组成；

图1 系统构成图

钻压模拟系统主要包括液压系统、手摇泵、砝码；

数据采集及控制系统主要包括DSP、电机驱动器、高精度位移传感器、压力传感器、位移数显表[2,3]。

2.2 工作原理

根据需要钻压计算所需标准砝码，将选定的砝码加在砝码固定杆上，用手摇泵向液压缸内加液并使砝码处于悬浮状态，此时液压缸内压力恒定，加在岩样上的力恒定，即钻压恒定；开启电机，由电机控制系统控制电机达到设定转速，钻头开始切削岩样，进行钻进作业，利用高精度位移传感器测试出即时钻进深度，钻进时间由DSP内部时钟直接控制并存储。测试结束后对记录的相关参数进行处理，给出实验岩石的可钻性级值，可钻性类别和可钻性级别。

Kd=log2t

式中，Kd为可钻性级值；t为钻井时间平均值，s。

3 手动岩石可钻性测试仪的控制

手动岩石可钻性测试仪控制系统由伺服控制系统、DSP(数字信号处理器)、驱动器、计时器等组成，控制系统组成如图2所示。

图2 手动岩石可钻性测试仪控制系统组成

DSP选用Motorola公司的16位的DSP56F805FV80E，该芯片内核采用双哈佛结构，具有独立的程序和数据存储空间，在80MHz时钟频率下可达到40兆条指令/s(IMPS)的指令执行速度，可在单指令周期内完成16位*16位的并行乘—加运算，使得DSP56F803特别适合于那些要求有较强的数据处理能力、同时又要有较多控制功能的应用中。

DSP56F805FV80E在控制系统中，产生一定数量的一定频率的脉冲，通过电机驱动器控制伺服电机按指定方向、指定速度、指定的钻深运行[5]。

测试分PDC和牙轮模式两种：

PDC模式，钻深达1 mm时开始计时，再钻深3 mm，记录钻进时间t，并停钻；

牙轮模式，钻深达0.2 mm时开始计时，再钻深2.4 mm，记录钻进时间t，并停钻；

4 数据计算及处理

4.1 数据计算

根据岩石可钻性级值的计算公式：Kd=log2t求得可钻性级值后，查岩石可钻性分级标准对照表[6]，见表1，进行定级。

表1 岩石可钻性分级标准对照表

4.2 数据处理

钻进时间t取三位有效数字，较均质岩石，取三次钻进时间的算术平均值；离散系数大于15%的非均质岩石，取三次钻进时间的几何平均值。将计算数值记录在表2。

表2 岩石可钻性数据记录表

5 结束语

手动岩石可钻性测试仪采用机械砝码提供有效地钻压，钻压、钻深、钻时实时显示；

利用DSP技术，实现了完全脱离计算机及软件的独立控制，测试数据准确；

实验表明，设备购置费用低、操作方便、节省时间，可广泛应用于高校、油田；

设备在中国石油大学(华东)、胜利油田钻井所、克拉玛依职业学院、兰州城市学院等地使用，受到了用户的一致好评。

[1] 陈庭根,管志川.钻井工程理论与技术[M].东营：中国石油大学出版社,2000:22-23.

[2] 银占华,赵希春.天然气扩散系数测试装置的研制[J].石油仪器,2014,28(3):20-21.

[3] 赵希春.便携式便携式快速解吸仪的研制[J]. 石油仪器,2012,26(3):30-31.

[4] 何俊海,赵希春.全自动岩石可钻性测试仪的研制[J].石油矿场机械,2011,40(8) :36-37.

[5] 何俊海,刘宗恩，赵希春.凝胶性能测试试验装置[J].油气田地面工.2010,29(5):108-109.

[6] 陈军海. SY/T 5462-2016,岩石可钻性测定与分级[S].北京：石油工业出版社，2016：4-5.

Development of the Manual Rock Drillability Test Device

ZHAO Xichun, SHAO Dongliang, HUANG Shaohua, SU Lianjun

(ShandongZhongshidashiyiScienceandTechnologyCo.Ltd.,Dongying,Shandong257061,China)

The manual rock drillability test device can be used to assess hardness level of various rocks under room conditions, which can effectively reduce the operation cost and risk. And it can simulate the actual operating condition much better. The data from experiments can be used to guide the field operations. The manual rock drillability test device can realize the automatic control of drilling process through DPS technology, and the device mainly consists of rock sample holding system, micro drill, rotating device, drilling pressure simulation system, data acquisition and control system, etc.

well drilling; manual test device; rock drillability; sample holding system; micro drill; rotating device

赵希春，男，1976年生，工程师，2002年毕业于石油大学(华东)机电一体化专业，现从事石油仪器的研发工作。E-mail：18654601727@163.com

TE271

A

2096-0077(2017)04-0057-02

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.04.014

2016-11-25 编辑：高红霞)