基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置及方法

1.本发明属于石油钻井设备技术领域，具体涉及一种基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置及方法。


背景技术：

2.坚硬地层可钻性差、机械钻速低、钻井周期长成为目前高效钻井的挑战。高围压高应力环境下井底岩面局部应力增大，岩石强度增加，常规钻井技术钻进硬岩地层过程中，造成破岩效率低，钻头磨损严重，进而导致机械钻速降低。
3.基于以上问题，超高压水射流井底岩面切槽局部应力卸载的理念应运而生，井底岩石切槽后降低了水平地应力对机岩作用区域岩石的挤压作用，并将应力集中区域推离切削面，减小了井底岩石的有效应力，岩石由塑性状态转变为脆性状态，降低机械冲击钻井过程中井底钻头“吃入”岩层的难度，提高井底岩石破岩效率。
4.其中，利用井下增压装置将钻柱中循环的部分钻井液增压后形成高压射流，通过钻头喷嘴喷出，冲击井底后直接或辅助钻头破碎岩石是实现上述理念的关键。
5.然而，目前针对井下增压装置的高压射流实现岩石切槽的实验室测试数据非常少。
6.基于以上问题，本发明提出一种基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置及方法，能够通过电磁换向增压射流结构的高压射流实现岩石切槽，获取相关的实验室测试数据，这些实验数据可为电磁式换向井下增压装置的研制以及提高深部油气资源的开采效率提供技术支持。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，包括电磁换向增压射流结构、岩石旋转支撑结构；
10.所述电磁换向增压射流结构包括增压器、供水系统、射流系统；
11.所述增压器包括增压缸以及位于增压缸内的能够沿增压缸轴向进行运动的活塞组件；所述活塞组件将增压缸内的空间分隔为第一增压区域、第二增压区域，所述第二增压区域内设置柱塞杆，所述柱塞杆的一端与活塞组件进行同轴固定连接，所述柱塞杆与增压缸的相应端部进行密封滑动配合；
12.所述供水系统与第一增压区域、第二增压区域相连；
13.所述射流系统与第二增压区域相连，所述射流系统的端部设置喷嘴；
14.所述岩石旋转支撑结构包括用来固定岩石的岩石夹持结构以及用来控制岩石夹持结构转动的驱动机构；
15.所述喷嘴位于岩石夹持结构的上部以实现对岩石的射流切槽。
16.优选的，所述增压缸包括沿轴向依次同轴固定连接的上筒体、上承力接头、柱塞缸、下承力接头，所述上筒体的端部设置密封头；
17.所述密封头上设置有连通至第一增压区域的入口流道；
18.所述活塞组件包括沿轴向依次同轴固定连接的阀杆封头、阀杆、柱塞头，所述柱塞杆与柱塞头进行同轴固定连接；
19.所述阀杆封头外壁与上筒体内壁之间、柱塞头外壁与柱塞缸内壁之间、柱塞杆外壁与下承力接头内壁之间均进行密封滑动配合。
20.优选的，所述密封头的外壁面与上筒体的内壁面进行螺纹连接；
21.所述上承力接头轴向两端的外壁面分别与上筒体、柱塞缸进行螺纹连接；
22.所述下承力接头的外壁面与柱塞缸的内壁面进行螺纹连接。
23.优选的，所述密封头靠近阀杆封头的端部外壁面与上筒体的内壁面之间设置密封圈；
24.所述上承力接头面向上筒体的端部设置第一密封套，所述第一密封套实现上筒体、阀杆、上承力接头之间的密封连接；
25.所述上承力接头面向柱塞缸的端部设置第二密封套，所述第二密封套实现柱塞缸、阀杆、上承力接头之间的密封连接；
26.所述下承力接头的内端设置第三密封套，所述第三密封套实现柱塞缸、柱塞杆、下承力接头之间的密封连接。
27.优选的，所述供水系统包括水箱，所述水箱的底部出口与泵的入口相连，所述泵的出口与第一进液管线、第二进液管线相连；
28.所述第一进液管线与两位三通电磁阀的p接口相连，所述两位三通电磁阀的a接口与入口流道相连，所述两位三通电磁阀的t接口通过回液管道与水箱相连；
29.所述第二进液管线穿过柱塞缸后与第二增压区域相连通；
30.所述第二进液管线上设置有第一单向阀，所述第一单向阀的流通方向为由泵流向第二增压区域。
31.优选的，所述射流系统包括射流管，所述射流管的一端设置喷嘴，所述射流管的另一端连接至第一单向阀出口端的第二进液管线上；
32.所述射流管上设置第二单向阀，所述第二单向阀的流通方向为由第二增压区域流向喷嘴。
33.优选的，所述上筒体的外壁上设置有用来监测第一增压区域内压力的第一压力传感器；
34.所述柱塞缸的外壁上设置有用来监测第二增压区域内压力的第二压力传感器；
35.所述柱塞缸的外壁上设置有用来监测柱塞杆移动位移的位移传感器。
36.优选的，所述岩石夹持结构包括底座，所述底座上固定设置顶端敞口的方形框架；所述方形框架的四个侧壁上各设置有一个夹持组件；
37.所述夹持组件包括与方形框架的侧壁进行转动配合的夹持丝母，所述夹持丝母的内孔中螺纹配合有夹持丝杆；
38.所述方形框架的侧壁上设置供夹持丝杆穿过的通孔；
39.所述夹持丝杆位于方形框架内侧的端部设置夹持推板。
40.优选的，所述驱动组件包括电机，所述电机通过电机架设置在支架上；
41.所述电机的输出轴通过联轴器与传动轴进行同轴固定连接，所述传动轴通过支撑轴承与支架进行转动配合；
42.所述传动轴的顶端与底座固定连接。
43.本发明还提出一种基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验方法。
44.基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验方法，采用实施例1中的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置进行实施，包括以下步骤：
45.步骤1：通过岩石夹持结构将岩石进行夹持固定，使岩石的竖直中心线与电机输出轴的中心轴线共线；
46.步骤2：将喷嘴固定在支架上，使喷嘴距岩石上表面的垂直距离达到设定喷距、喷嘴竖直中心线距岩石竖直中心线的距离达到设定射流偏心距；
47.步骤3：启动电机，使电机的转速达到设定转速；
48.步骤4：启动泵，控制两位三通电磁阀的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率达到设定换向频率，实现对岩石的射流切槽；
49.步骤5：实验结束后，关闭泵、电机，将岩石取下，观察切槽特征。
50.本发明的有益效果是：
51.（1）本发明能够通过电磁换向增压射流结构的高压射流实现岩石切槽，获取相关的实验室测试数据，这些实验数据可为电磁式换向井下增压装置的研制以及提高深部油气资源的开采效率提供技术支持。
52.（2）本发明实验装置简单易于实现，由于保护罩透明，因此便于观察岩石成槽特征，装置操作性强；本发明基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，可进行不同转速、不同喷距、不同射流偏心距以及不同两位三通电磁阀的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率条件下，电磁换向增压射流结构对岩石成槽特征的实验，对研究井底岩石切槽应力卸载具有现实意义。
附图说明
53.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
54.图1是本发明基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置的结构示意图；
55.图2是本发明中电磁换向增压射流结构的结构示意图；
56.图3是本发明中岩石旋转支撑结构的结构示意图；
57.图4是本发明中岩石夹持结构的结构示意图；
58.图5是本发明中岩石夹持结构的剖视图；
59.图6是本发明中电磁换向增压射流结构在增压射流过程中第二增压区域内的压力特性图；
60.其中：
61.1-泵，2-水箱，201-回液管道，3-第一进液管线，4-流量计，5-第二进液管线，6-两位三通电磁阀；
62.7-密封圈，8-密封头，81-入口流道，9-阀杆封头，10-阀杆，101-第一增压区域，11-第一密封套，12-上筒体，13-上承力接头，14-第二密封套，15-柱塞头，16-柱塞缸，17-柱塞杆，171-第二增压区域，181-第一压力传感器，182-第二压力传感器，19-位移传感器，20-第三密封套，21-下承力接头，22-第一单向阀，23-第二单向阀；
63.24-电机，25-支架，26-联轴器，27-传动轴，28-电机架，29-支撑轴承；
64.30-岩石夹持结构，301-底座，302-方形框架，303-夹持丝母，304-夹持丝杆，305-夹持推板，306-轴承；
65.31-喷嘴，311-射流管；
66.32-保护罩。
具体实施方式
67.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
68.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
69.在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
70.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体化连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
71.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
72.实施例1：
73.如图1所示，基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，包括电磁换向增压射流结构、岩石旋转支撑结构；
74.所述电磁换向增压射流结构包括增压器、供水系统、射流系统；
75.所述增压器包括增压缸以及位于增压缸内的能够沿增压缸轴向进行运动的活塞组件；所述活塞组件将增压缸内的空间分隔为第一增压区域101、第二增压区域171，所述第二增压区域171内设置柱塞杆17，所述柱塞杆17的一端与活塞组件进行同轴固定连接，所述柱塞杆17与增压缸的相应端部进行密封滑动配合；
76.所述供水系统与第一增压区域101、第二增压区域171相连；
77.所述射流系统与第二增压区域171相连，所述射流系统的端部设置喷嘴31；
78.所述岩石旋转支撑结构包括用来固定岩石的岩石夹持结构30以及用来控制岩石夹持结构30转动的驱动机构；
79.所述喷嘴31位于岩石夹持结构30的上部以实现对岩石的射流切槽。
80.优选的，如图2所示，所述增压缸包括沿轴向依次同轴固定连接的上筒体12、上承力接头13、柱塞缸16、下承力接头21，所述上筒体12的端部设置密封头8；
81.所述密封头8上设置有连通至第一增压区域101的入口流道81；
82.所述活塞组件包括沿轴向依次同轴固定连接的阀杆封头9、阀杆10、柱塞头15，所述柱塞杆17与柱塞头15进行同轴固定连接；
83.所述阀杆封头9外壁与上筒体12内壁之间、柱塞头15外壁与柱塞缸16内壁之间、柱塞杆17外壁与下承力接头21内壁之间均进行密封滑动配合。
84.具体地，所述阀杆封头9、柱塞头15的外壁面上均设置密封圈。
85.优选的，所述密封头8的外壁面与上筒体12的内壁面进行螺纹连接；
86.所述上承力接头13轴向两端的外壁面分别与上筒体12、柱塞缸16进行螺纹连接；
87.所述下承力接头21的外壁面与柱塞缸16的内壁面进行螺纹连接。
88.优选的，如图2所示，所述密封头8靠近阀杆封头9的端部外壁面与上筒体12的内壁面之间设置密封圈7；
89.所述上承力接头13面向上筒体12的端部设置第一密封套11，所述第一密封套11实现上筒体12、阀杆10、上承力接头13之间的密封连接；
90.所述上承力接头13面向柱塞缸16的端部设置第二密封套14，所述第二密封套14实现柱塞缸16、阀杆10、上承力接头13之间的密封连接；
91.所述下承力接头21的内端设置第三密封套20，所述第三密封套20实现柱塞缸16、柱塞杆17、下承力接头21之间的密封连接。
92.优选的，如图2所示，所述供水系统包括水箱2，所述水箱2的底部出口与泵1的入口相连，所述泵1的出口与第一进液管线3、第二进液管线5相连；
93.所述第一进液管线3与两位三通电磁阀6的p接口相连，所述两位三通电磁阀6的a接口与入口流道81相连，所述两位三通电磁阀6的t接口通过回液管道201与水箱2相连；
94.所述第二进液管线5穿过柱塞缸16后与第二增压区域171相连通；
95.所述第二进液管线5上设置有第一单向阀22，所述第一单向阀22的流通方向为由泵1流向第二增压区域171。
96.具体地，所述回液管道201以及泵1的出口管线上均设置流量计4。
97.优选的，如图2所示，所述射流系统包括射流管311，所述射流管311的一端设置喷嘴31，所述射流管311的另一端连接至第一单向阀22出口端的第二进液管线5上；
98.所述射流管311上设置第二单向阀23，所述第二单向阀23的流通方向为由第二增压区域171流向喷嘴31。
99.优选的，如图2所示，所述上筒体12的外壁上设置有用来监测第一增压区域101内压力的第一压力传感器181；
100.所述柱塞缸16的外壁上设置有用来监测第二增压区域171内压力的第二压力传感器182；
101.所述柱塞缸16的外壁上设置有用来监测柱塞杆17移动位移的位移传感器19。
102.优选的，如图4-5所示，所述岩石夹持结构30包括底座301，所述底座301上固定设置顶端敞口的方形框架302；所述方形框架302的四个侧壁上各设置有一个夹持组件；
103.所述夹持组件包括与方形框架302的侧壁进行转动配合的夹持丝母303，所述夹持
丝母303的内孔中螺纹配合有夹持丝杆304；
104.所述方形框架302的侧壁上设置供夹持丝杆304穿过的通孔；
105.所述夹持丝杆304位于方形框架302内侧的端部设置夹持推板305。
106.具体地，夹持丝母303通过轴承306与方形框架302的侧壁进行转动配合。
107.旋转夹持丝母303，夹持丝杆304带动夹持推板305向方形框架302的内侧移动实现对岩石的夹持或者夹持丝杆304带动夹持推板305向方形框架302的外侧移动解除对岩石的夹持。
108.具体地，所述底座301上设置有透明的保护罩32，所述方形框架302、夹持丝母303、夹持丝杆304、夹持推板305以及喷嘴31均位于保护罩32内，保护罩32上开设有供射流管311穿过的通孔。
109.优选的，如图3所示，所述驱动组件包括电机24，所述电机24通过电机架28设置在支架25上；
110.所述电机24的输出轴通过联轴器26与传动轴27进行同轴固定连接，所述传动轴27通过支撑轴承29与支架25进行转动配合；
111.所述传动轴27的顶端与底座301固定连接。
112.本技术中通过驱动组件带动岩石转动以模拟井底钻头旋转钻进部分。
113.具体地，所述流量计4、两位三通电磁阀6、第一压力传感器181、第二压力传感器182、位移传感器19、电机24均与控制器相连。
114.实施例2：
115.基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验方法，采用实施例1中的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置进行实施，包括以下步骤：
116.步骤1：通过岩石夹持结构30将岩石进行夹持固定，使岩石的竖直中心线与电机24输出轴的中心轴线共线；
117.步骤2：将喷嘴31固定在支架25上，使喷嘴31距岩石上表面的垂直距离达到设定喷距、喷嘴31竖直中心线距岩石竖直中心线的距离达到设定射流偏心距；
118.步骤3：启动电机24，使电机24的转速达到设定转速；
119.步骤4：启动泵1，控制两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率达到设定换向频率，实现对岩石的射流切槽；
120.当两位三通电磁阀6的p、a接口连通时柱塞杆17向外伸出；
121.当第二增压区域171内的流体压力大于第二单向阀23的开启压力时，第二增压区域171内的流体通过喷嘴31喷出，实现对岩石的射流切槽；
122.具体地，增压射流过程为：启动泵1，控制两位三通电磁阀6的p、a接口连通，泵1出口的流体一部分通过第一进液管线3、两位三通电磁阀6、入口流道81进入到第一增压区域101，另一部分通过第二进液管线5、第一单向阀22进入到第二增压区域171；
123.在液体压力差的作用下活塞组件向第二增压区域171移动实现对第二增压区域171内流体的压缩；
124.随着第二增压区域171内流体压力的增大，第一单向阀22关闭、第二单向阀23打开，增压后的流体通过射流管311、喷嘴31喷出；
125.当两位三通电磁阀6的t、a接口连通时柱塞杆17向内回缩，第二增压区域171内的
流体压力降低，第二单向阀23关闭，喷嘴31停止射流；
126.具体地，复位过程为：控制两位三通电磁阀6的t、a接口连通，泵1出口的流体全部通过第二进液管线5进入到第二增压区域171，使活塞组件向第一增压区域101的方向移动，第一增压区域101内的流体通过入口流道81、两位三通电磁阀6、回液管道201回流至水箱2；
127.步骤5：实验结束后，关闭泵1、电机24，将岩石取下，观察切槽特征。
128.其中，更换形状、材质均相同的岩石，改变喷嘴31距岩石上表面的垂直距离，保证喷嘴31竖直中心线距岩石竖直中心线的距离、电机24的转速、两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率不变，重复步骤1～步骤5，进行不同喷距下岩石切槽的实验；
129.更换形状、材质均相同的岩石，改变喷嘴31竖直中心线距岩石竖直中心线的距离，保证喷嘴31距岩石上表面的垂直距离、电机24的转速、两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率不变，重复步骤1～步骤5，进行不同射流偏心距下岩石切槽的实验；
130.更换形状、材质均相同的岩石，改变电机24的转速，保证喷嘴31竖直中心线距岩石竖直中心线的距离、喷嘴31距岩石上表面的垂直距离以及两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率不变，重复步骤1～步骤5，进行不同转速下岩石切槽的实验；
131.更换形状、材质均相同的岩石，改变两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率，保证喷嘴31竖直中心线距岩石竖直中心线的距离、喷嘴31距岩石上表面的垂直距离、电机24的转速不变，重复步骤1～步骤5，进行不同转速下岩石切槽的实验。
132.本技术中电磁换向增压射流结构进行实验时，增压射流过程中，活塞组件先加速运动然后匀速运动最后减速运动，直至达到活塞组件运动位移的最大行程，活塞组件停止运动，在增压射流过程中，第二增压区域171内的压力特性呈方波特性，如图6所示；复位过程中，电磁换向增压射流结构通过控制器控制两位三通电磁阀6切换实现换向，活塞组件首先反向加速运动然后匀速运动最后回到初始位置。
133.当只改变两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率时，在增压射流过程中第二增压区域171内的压力峰值基本不变，而两位三通电磁阀6的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率越快时，第二增压区域171内压力输出的频率也越快。如图6中所示，两位三通电磁阀6的切换频率分别为0.25hz、0.3hz、0.5hz时，其增压射流过程中第二增压区域171内的压力峰值分别为15.7mpa、15.8mpa、15.6mpa，基本不变，而第二增压区域171内压力输出的频率也越快。
134.由于本技术中电机24带动岩石转动以模拟井底钻头旋转钻进部分，因此通过实验可以得到不同电磁换向增压射流结构换向频率与电机24旋转速度的组合情况下岩石切槽的形状特性，为后续在实际钻井过程中，通过控制电磁换向增压射流结构换向频率与钻头的旋转速度相配合，从而控制井底切槽的形状、提高井底切槽效率提供实验数据。
135.本发明能够通过电磁换向增压射流结构的高压射流实现岩石切槽，获取相关的实验室测试数据，这些实验数据可为电磁式换向井下增压装置的研制以及提高深部油气资源的开采效率提供技术支持。
136.本发明实验装置简单易于实现，由于保护罩透明，因此便于观察岩石成槽特征，装置操作性强；本发明基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，可进行不同转速、
不同喷距、不同射流偏心距以及不同两位三通电磁阀的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率条件下，电磁换向增压射流结构对岩石切槽特征的实验，对研究井底岩石切槽应力卸载具有现实意义。
137.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，包括电磁换向增压射流结构、岩石旋转支撑结构；所述电磁换向增压射流结构包括增压器、供水系统、射流系统；所述增压器包括增压缸以及位于增压缸内的能够沿增压缸轴向进行运动的活塞组件；所述活塞组件将增压缸内的空间分隔为第一增压区域、第二增压区域，所述第二增压区域内设置柱塞杆，所述柱塞杆的一端与活塞组件进行同轴固定连接，所述柱塞杆与增压缸的相应端部进行密封滑动配合；所述供水系统与第一增压区域、第二增压区域相连；所述射流系统与第二增压区域相连，所述射流系统的端部设置喷嘴；所述岩石旋转支撑结构包括用来固定岩石的岩石夹持结构以及用来控制岩石夹持结构转动的驱动机构；所述喷嘴位于岩石夹持结构的上部以实现对岩石的射流切槽。2.如权利要求1所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述增压缸包括沿轴向依次同轴固定连接的上筒体、上承力接头、柱塞缸、下承力接头，所述上筒体的端部设置密封头；所述密封头上设置有连通至第一增压区域的入口流道；所述活塞组件包括沿轴向依次同轴固定连接的阀杆封头、阀杆、柱塞头，所述柱塞杆与柱塞头进行同轴固定连接；所述阀杆封头外壁与上筒体内壁之间、柱塞头外壁与柱塞缸内壁之间、柱塞杆外壁与下承力接头内壁之间均进行密封滑动配合。3.如权利要求2所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述密封头的外壁面与上筒体的内壁面进行螺纹连接；所述上承力接头轴向两端的外壁面分别与上筒体、柱塞缸进行螺纹连接；所述下承力接头的外壁面与柱塞缸的内壁面进行螺纹连接。4.如权利要求2所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述密封头靠近阀杆封头的端部外壁面与上筒体的内壁面之间设置密封圈；所述上承力接头面向上筒体的端部设置第一密封套，所述第一密封套实现上筒体、阀杆、上承力接头之间的密封连接；所述上承力接头面向柱塞缸的端部设置第二密封套，所述第二密封套实现柱塞缸、阀杆、上承力接头之间的密封连接；所述下承力接头的内端设置第三密封套，所述第三密封套实现柱塞缸、柱塞杆、下承力接头之间的密封连接。5.如权利要求2所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述供水系统包括水箱，所述水箱的底部出口与泵的入口相连，所述泵的出口与第一进液管线、第二进液管线相连；所述第一进液管线与两位三通电磁阀的p接口相连，所述两位三通电磁阀的a接口与入口流道相连，所述两位三通电磁阀的t接口通过回液管道与水箱相连；所述第二进液管线穿过柱塞缸后与第二增压区域相连通；所述第二进液管线上设置有第一单向阀，所述第一单向阀的流通方向为由泵流向第二
增压区域。6.如权利要求5所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述射流系统包括射流管，所述射流管的一端设置喷嘴，所述射流管的另一端连接至第一单向阀出口端的第二进液管线上；所述射流管上设置第二单向阀，所述第二单向阀的流通方向为由第二增压区域流向喷嘴。7.如权利要求2所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述上筒体的外壁上设置有用来监测第一增压区域内压力的第一压力传感器；所述柱塞缸的外壁上设置有用来监测第二增压区域内压力的第二压力传感器；所述柱塞缸的外壁上设置有用来监测柱塞杆移动位移的位移传感器。8.如权利要求6所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述岩石夹持结构包括底座，所述底座上固定设置顶端敞口的方形框架；所述方形框架的四个侧壁上各设置有一个夹持组件；所述夹持组件包括与方形框架的侧壁进行转动配合的夹持丝母，所述夹持丝母的内孔中螺纹配合有夹持丝杆；所述方形框架的侧壁上设置供夹持丝杆穿过的通孔；所述夹持丝杆位于方形框架内侧的端部设置夹持推板。9.如权利要求8所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置，其特征在于，所述驱动组件包括电机，所述电机通过电机架设置在支架上；所述电机的输出轴通过联轴器与传动轴进行同轴固定连接，所述传动轴通过支撑轴承与支架进行转动配合；所述传动轴的顶端与底座固定连接。10.基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置进行实施，包括以下步骤：步骤1：通过岩石夹持结构将岩石进行夹持固定，使岩石的竖直中心线与电机输出轴的中心轴线共线；步骤2：将喷嘴固定在支架上，使喷嘴距岩石上表面的垂直距离达到设定喷距、喷嘴竖直中心线距岩石竖直中心线的距离达到设定射流偏心距；步骤3：启动电机，使电机的转速达到设定转速；步骤4：启动泵，控制两位三通电磁阀的p、a接口连通与t、a接口连通的切换频率达到设定换向频率，实现对岩石的射流切槽；步骤5：实验结束后，关闭泵、电机，将岩石取下，观察切槽特征。

技术总结
本发明公开了一种基于电磁式换向增压射流实现岩石切槽的实验装置及方法，属于石油钻井设备技术领域，包括电磁换向增压射流结构、岩石旋转支撑结构；电磁换向增压射流结构包括增压器、供水系统、射流系统；增压器包括增压缸、活塞组件；活塞组件将增压缸内的空间分隔为第一增压区域、第二增压区域，第二增压区域内设置柱塞杆，柱塞杆与增压缸的相应端部进行密封滑动配合；岩石旋转支撑结构包括岩石夹持结构以及驱动机构。本发明能够通过电磁换向增压射流结构的高压射流实现岩石切槽，获取相关的实验室测试数据，这些实验数据可为电磁式换向井下增压装置的研制以及提高深部油气资源的开采效率提供技术支持。的开采效率提供技术支持。的开采效率提供技术支持。


技术研发人员：廖华林 何宇航 牛文龙 牛继磊 王一帆 张磊
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.08.04
技术公布日：2023/9/9