CN104929620A

CN104929620A - 一种钻井液在线极压润滑仪

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Publication number: CN104929620A
Application number: CN201410106055.0A
Authority: CN
Inventors: 韩晓玲; 杨超; 韩文峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-09-23

Abstract

EP极压润滑仪是室内试验分析仪器，无法实现钻井在线实时监测。本发明提供一种用于钻井在线实时监测用的极压润滑仪。为实现上述目的，本发明将实验室用EP极压润滑仪进行改造。一是将手工加压用扭力扳手改为通过电脑控制的自动加压，规定滑环的转速为60转/分钟，滑块作用于滑环上的作用力为444.8N，蒸馏水的摩阻系数为0.34。二是将采集的电机电流数据信号通过PLC或其它可编程控制器通过电缆或无线数传模块接入钻井实时监测系统采集模块，成为钻井实时监测系统的一部分。三是钻井液在线测量极压润滑仪的工作时间和工作程序，均由电脑通过可编程控制器控制。见附图。

Description

一种钻井液在线极压润滑仪

技术领域

本发明涉及钻井液润滑仪，尤其是一种用于钻井在线测量的极压润滑仪。

背景技术

随着钻井技术的提高，油井越来越深，钻杆与井壁的摩擦阻力也非常之大。润滑性是钻井液非常重要的性能指标之一，目的是降低钻杆与井壁之间的摩擦阻力。为了评价钻井液的润滑性能，美国石油学会制定了多种评价方法，EP极压润滑仪是方法之一。

EP极压润滑仪是一种模拟性的室内试验分析仪器，用转动的滑环模拟钻杆，滑块模拟井壁，用于分析钻井液的润滑性能。工作原理是:

当两物体（如A、B）相互接触并产生相对位移时，不仅会产生和接触面正交的压力，而且还会产生和接触面平行的摩擦力。如果要A 保持一定数值的速度（B 为参考物），必须是不断加以一定的外力，此时A 也受到一定的摩擦力，这一数值的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向和相对速度的方向相反。实验证明，滑动摩擦力F 和压力p 成正比，

即： F=μP （1）

式中：F----摩擦力；

P----摩擦面上的垂直作用力；

μ----摩阻系数。

EP（extreme pressure lubrisity/film stength test）极压润滑仪用可调速的旋转轴模拟井壁，通过测定旋转轴承套（环）与模块间的磨擦可得到磨擦系数（在钻井液测定中称摩阻系数)。该仪器中，F是推动环/块表面以一定速度滑动的力，P通过扭矩臂将测试块压在测试环上的垂向力，通过测定摩阻系数μ可评价钻井液或处理剂的润滑性能。

摩阻系数μ，不但与接触物体的质料及表面状况有关，而且与相对运动速度的大小有关。为了减小摩阻系数，可以在两个接触面之间涂敷一层“液膜”，即“润滑膜”。摩阻系数的降低幅度，决定于这层液膜的质量，而润滑剂就是改善液膜质量的化学剂。

由（1）式可以看出，只要测得摩擦面上的垂直作用力P和摩擦力F，就可以测出摩阻系数μ。选用变频电机作为拖动负载并配套滑块和滑环，滑环装置在电机的转轴上。由电机拖动理论可知，当电机以恒定速度运转、滑块上施加垂直作用力时，作用在电机转轴上的电磁转矩（T = CMΦIa）与摩擦转矩（Tf）达到平衡，滑块和滑环接触面上产生的摩擦力F 与电机的电枢电流Ia成正比。式（1）可转化为Ia=μP*X(X是系数），因此只要固定垂直作用在滑块上的作用力P，在电机转速恒定的条件下，通过检测电机的电枢电流，就可以得到摩阻系数μ。

滑环在空转时，电机的电枢电流很小，当滑块在滑环上加压时，电机的电枢电流增大，在一定的压力下，摩阻越大，电流越大，也就是说，钻井液的润滑性好，则电流小，钻井液的润滑性差，则电流大，因此通过电机电流大小便可分析钻井液的润滑性能。为便于分析对比，规定滑环的转速为60转/分钟，滑块作用于滑环上的作用力为444.8N，蒸馏水的摩阻系数为0.34。仪器主要包括变频电机、滑环、滑块、显示器和扭力扳手几个部分。扭力扳手上有表盘，通过手工加压的方式，当加压到表盘上显示为16.95N.m时，滑块作用于滑环上的作用力为444.8N。

发明内容

本发明提供一种钻井液在线极压润滑仪，由电脑、无线数传模块、PLC、电流变送器、变频电机、液压油缸、扭力支架、滑环-滑块组成。

随着科学技术的发展和计算机技术的升级换代，自动化、信息化、实时化的钻井队将逐步实现，今后大部分工程数据将通过钻井实时监测系统采集，通过可编程控制器将安装在各关键部位的监测仪器和多种传感器连接起来，再由数传模块将数据无线传输给井队值班房计算机，经过数据处理以图表的形式在计算机上显示出来，然后通过网络传输到钻井公司及总公司，即可实现钻井参数的实时监测和数据共享。

EP极压润滑仪是室内试验分析仪器，无法实现钻井在线实时监测。

本发明提供一种用于钻井在线实时监测用的极压润滑仪。

为实现上述目的，本发明将实验室用EP极压润滑仪进行改造。一是将手工加压用扭力扳手改为通过电脑控制的自动加压，见附图1，规定滑环的转速为60转/分钟，滑块作用于滑环上的作用力为444.8N，蒸馏水的摩阻系数为0.34。二是将采集的电机电流数据信号通过PLC或其它可编程控制器、通过电缆或无线数传模块接入钻井实时监测系统采集模块，成为钻井实时监测系统的一部分。三是钻井液在线测量极压润滑仪的工作时间和工作程序，均由电脑通过可编程控制器控制。见附图2.

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、解决了现场无法在线实时监测钻井液润滑性的问题。

2、润滑性采集数据并入钻井实时监测系统，使现场工程师对钻井液有一个综合评价。

3、与室内试验分析仪器EP极压润滑仪检测标准是一样的，便于分析比较。

附图说明

图1 为本发明滑块在滑环上加压的原理结构图

图2 为本发明的结构示意图

主要元件符号说明如下：

1 电脑 2 无线数传模块 3 可编程控制器 4 电流变送器

5 变频电机 6 液压油缸 7 扭力支架 8 滑环

9 滑块

具体实施方式

为了更清楚的表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。实施例：

在石油钻井实时监测系统中，油压工作站的油压是事先调整好的，只要调整好钻井在线实时监测用极压润滑仪的扭力支架的力臂，即可得到滑块作用于滑环上的作用力为444.8N；经变频器调整电机的转速为60转/分钟；通过PLC和无线数传模块将信号传给电脑，摩阻系数通过换算既在电脑显示屏上显示出来。

一“摩阻系数”的测定方法：

1、滑块和滑环的标定。

“摩阻系数”的测定应在滑环转速60±1转/min；滑块上的作用力444. 8 N 的标准条件下进行。如果所有的滑块和滑环的结构都完全相同，那么在上述标准条件下，其对于蒸馏水的“摩阻系数”应该是0.34。但由于滑块和滑环的结构存在差别，因此使用前需要标定。

滑块、滑环的标定是在EP极压润滑仪上进行。即在标准条件下，对于蒸馏水的“摩阻系数”应该在0.32-0.36。如果不在此范围内，则环和块的表面必须调整或标准化，即对滑环与滑块进行磨合。磨合后滑块的表面应该是光滑无划痕。步骤如下：

●按<标准化>键，进入 <标准化>程序；

1）、擦净试块表面，并且研磨处于试块中心；

2）、用手将细研磨剂涂于试环表面，研磨转速控制在80—100转/分范围，加力11.2N·m（100PSI）。这时听到明显摩擦声，研磨5分钟卸掉一次扭矩，检查摩擦环和摩擦块是否磨到2/3块和环的接触面积，再次研磨重复3—4次，磨好为止。以上的研磨时间和次数只能作参考，实际的操作由实验决定；

3）、用酒精或汽油彻底清洗研磨剂；

4）、把配套的研磨膏涂在块和环的表面。调整转速为100—200转/分，加3.3N.m （30PSI）扭矩运转5分钟；减小扭矩到1.65N·m（15PSI），再转5分钟（仅供参考）；

5）、检查磨擦环和磨擦块是不是带有光亮的小磨擦面。放下样品杯弃去校正液，将环、块都用滤纸擦干净。

6）、用蒸馏水测试，直到达到标准。

2、钻井在线实时监测“摩阻系数”的测定

1）仪器调整：每口井测试工作之前或连续工作1个月起钻通井等工作间隙，均需换用标定好的滑环、滑块，将标定好的滑块和滑环安装在钻井在线实时监测用极压润滑仪上，用蒸馏水测试。打开实时监测主页面，点击“钻井液参数实时监测数据”，跳出“钻井液参数实时监测数据”动态显示页面，点击“手动控制”，跳出“控制画面”，打开润滑仪电机，空转10分钟，打开润滑仪阀，滑块对滑环加压，点击“退出”返回上一页面，点击“数据显示”，跳出“各项数据实时监视校正”，在润滑显示框，调整比例和偏差，直到润滑显示稳定在0.32-0.36之间。点击“退出”返回上一页面，点击“手动控制”，跳出“控制画面”，关闭润滑仪电机，关闭润滑仪阀。完成调整。

2）在线实时监测“摩阻系数”的测定

由于滑环、滑块不能长时间处于工作状态，在石油钻井实时监测系统中已经设定在线实时监测用极压润滑仪每天工作几次，到了规定时间，电脑指令可编程控制器打开润滑仪电机，空转10分钟，打开润滑仪阀，滑块对滑环加压，摩阻系数自动在电脑显示器显示并进入数据库保存，10分钟后，电脑指令可编程控制器关闭润滑仪电机，关闭润滑仪阀，完成一个监测循环。

二、数据共享

采集数据进入钻井实时监测系统，通过PLC转换为数字信号，再由数传模块将数据无线传输给井队值班房计算机，经过数据处理以图表的形式在计算机上显示出来，然后通过网络传输到钻井公司及总公司数据库，即可实现钻井参数的实时监测和数据共享。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.用于钻井液在线测量的极压润滑仪，其特征在于：将实验室用EP极压润滑仪进行改造，一是将手工加压用扭力扳手改为通过电脑控制的自动加压，使滑块作用于滑环上的作用力为444.8N，二是将采集的电机电流数据信号通过PLC或其它可编程控制器通过电缆或无线数传模块接入钻井实时监测系统采集模块，成为钻井实时监测系统的一部分，三是钻井液在线测量极压润滑仪的工作时间和工作程序，均由电脑通过可编程控制器控制。

2.根据权利要求1所述的将手工加压用扭力扳手改为通过电脑控制的自动加压部分，其特征在于：电脑控制自动加压使滑块作用于滑环上的作用力为444.8N，不限于液压、气压或电磁等方式。

3.根据权利要求1所述的将采集的电机电流数据信号通过PLC或其它可编程控制器通过电缆或无线数传模块接入钻井实时监测系统采集模块，成为钻井实时监测系统的一部分的部分，其特征在于：可编程控制器不限于PLC、单片机等；数据的传输不限于通过电缆、无线数传模块等方式。

4.根据权利要求1所述的钻井液在线测量极压润滑仪的工作时间和工作程序，均由电脑通过可编程控制器控制部分，其特征在于：润滑仪何时开始工作，何时停止，润滑仪内各个部分的工作程序、时间，均由电脑通过可编程控制器控制。