CN101788544B - 水基泥浆封堵能力在线测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水基泥浆封堵能力在线测试仪，属钻井泥浆封堵能力测试仪器技术领域。它由实验釜、加热器、伺服电机、数据采集处理装置、回压接收器、计量器、压力控制装置构成，实验釜上装有加热器，一侧装有伺服电机；电机支架上设有光电位移传感器；电机下方设置有数据采集处理装置；实验釜下方设置有回压接收器和计量器；实验釜的另一侧设置有压力控制装置。该测试仪可集成模拟高温高压井下静态测试钻井过程中水基泥浆滤液的静失水、泥饼厚度、泥饼强度，综合评价水基泥浆在钻井过程中的封堵能力。解决了现有测试仪对钻井过程中泥饼性质、泥饼强度的实验测试只能限于单独测试的问题。且结构简单，使用方便，适用于各钻井泥浆的在线测试。

Description

水基泥浆封堵能力在线测试仪

技术领域：

本发明涉及一种水基泥浆封堵能力在线测试仪，属钻井泥浆封堵能力测试仪器技术领域。

背景技术：

目前对于钻井过程中水基泥浆使用形成的泥饼性质、泥饼强度的实验测试方法，还局限于单独测试项目，如高温高压静失水测试、常温常压下针入度法测量泥饼厚度、常温常压下水冲法测试泥饼强度、机械定性法测量泥饼剪切应力等。上述的测试方法需要几种不同的测试仪器来完成，测试数据互不关联，评价方法不能统一，不能综合全面地评价滤失泥饼的性质；同时由于历来应用的习惯和泥饼性质对钻井过程中封堵能力的影响因素的重视程度不够，导致目前还没有一种集成模拟高温高压条件下在线测量失水泥饼质量的综合方法。因此，开发一种可集成模拟高温高压井下条件，进而全面评价水基钻井泥浆的性能、优化钻井泥浆的设计，达到安全、快速、经济、高效的钻井目的，集成模拟高温高压条件下在线测量失水泥饼质量的测试仪器是亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种能集成模拟高温高压井下静态测试钻井过程中水基泥浆滤液的静失水、泥饼厚度、泥饼强度、泥饼承压强度，进而综合评价水基泥浆在钻井过程中的封堵能力，优化钻井泥浆的设计，达到安全、快速、经济、高效钻井目的的水基泥浆封堵能力在线测试仪。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种水基泥浆封堵能力在线测试仪，它由实验釜、加热器、伺服电机、数据采集处理装置、回压接收器、计量器、压力控制装置构成，其特征在于：实验釜上套装有加热器，实验釜的一侧通过电机支架安装有伺服电机，电机支架的一端上安装有光电位移传感器和轴承；实验釜的另一侧设置有压力控制装置，压力控制装置通过管线分别与实验釜的气体加压接口和回压接收器连接；伺服电机的下方设置有数据采集处理装置；回压接收器设置在实验釜的下方，回压接收器的下方设置有计量器；压力控制装置与回压接收器的连接管道上装有回压压力传感器。

所述的实验釜的上、下两端分别设置有上盖和下盖，上盖的中心制作有通孔，通孔内装有测试丝杆和高温密封圈，测试丝杆的下端位于实验釜内部，测试丝杆的上端装有滚珠丝杆螺母，滚珠丝杆螺母下端固定在电机支架的轴承内；测试丝杆上端的滚珠丝杆螺母上装有丝杆带轮；上盖上设置有温度传感器，实验釜的上部制作有气体加压接口；下盖的内端面上装有滤网，下盖的中部装有连接管，连接管与回压接收器连接，回压接收器的下端安装有手动电动电磁阀，手动电动电磁阀通过采集控制线与数据采集板连接。

所述的数据采集处理装置由计算机和数据采集板构成，数据采集板通过导线与计算机连接，并通过采集控制线与伺服电机连接。

所述的计量器由电子天平和滤液收集杯构成，滤液收集杯装在电子天平上，电子天平通过采集控制线与数据采集板连接。

所述的压力控制装置由滤失压力传感器、电子两位三通阀、回压电子调压泄压阀、压力表、滤失电子调压泄压阀、手动调压阀、氮气源、气液增压泵和供液槽构成；氮气源通过管道与实验釜的气体加压接口连接，管道上装有滤失压力传感器、电子两位三通阀、滤失电子调压泄压阀、压力表、回压电子调压泄压阀和手动调压阀，电子两位三通阀上通过管道连接有气液增压泵和供液槽，所述的滤失压力传感器、电子两位三通阀、滤失电子调压泄压阀、回压电子调压泄压阀通过采集控制线与数据采集板连接。

所述的加热器、光电位移传感器和回压压力传感器通过采集控制线与数据采集板连接。

所述的伺服电机上安装有电机带轮，并由电机带轮通过同步带与滚珠丝杆螺母上的丝杆带轮连接。

所述的高温密封圈由高温密封圈本体和弹簧圈构成，高温密封圈本体上设置有凹槽，弹簧圈安装在高温密封圈本体上的凹槽内。

本发明的有益效果在于：

该水基泥浆封堵能力在线测试仪能模拟高温高压井下静态测试油气井钻井过程中水基泥浆滤液的静失水、泥饼厚度、泥饼强度、泥饼承压强度；并能综合评价水基泥浆在钻井过程中的封堵能力，全面评价水基钻井泥浆的性能，优化钻井泥浆的设计，达到安全、快速、经济、高效的钻井目的。避免了现有测试仪对于钻井过程中水基泥浆使用形成的泥饼性质、泥饼强度的实验测试只能限于单独测试的不足，解决了集成模拟高温高压条件下在线测量失水泥饼质量的问题。该水基泥浆封堵能力在线测试仪结构简单，使用方便，测试数据准确，适用于各种钻井泥浆的在线测试。

附图说明：

图1为水基泥浆封堵能力在线测试仪的结构示意图；

图2为高温密封圈的截面结构示意图。

图中：1、计算机，2、数据采集板，3、采集控制线，4、伺服电机，5、电机带轮，6、同步带，7、电机支架，8、温度传感器，9、光电位移传感器，10、轴承，11、丝杆带轮，12、测试丝杆，13、滚珠丝杆螺母，14、上盖，15、高温密封圈，16、气体加压接口，17、滤失压力传感器，18、电子两位三通阀，19、滤失电子调压泄压阀，20、压力表，21、回压电子调压泄压阀，22、手动调压阀，23、氮气源，24、气液增压泵，25、供液槽，26、加热器，27、实验釜，28、回压压力传感器，29、连接管，30、回压接收器，31、电子天平，32、滤液收集杯，33、手动电动电磁阀，34、下盖，35、滤网，36、弹簧圈，37、凹槽。

具体实施方式：

该水基泥浆封堵能力在线测试仪由数据采集处理装置、计量器、压力控制装置、实验釜27、加热器26、伺服电机4、回压接收器30构成，实验釜27上套装有加热器26，实验釜27的一侧通过电机支架7安装有伺服电机4；电机支架7的一端上安装有光电位移传感器9和轴承10；实验釜27的另一侧设置有压力控制装置，压力控制装置通过管线分别与实验釜27的气体加压接口16和回压接收器30连接，压力控制装置与回压接收器30的连接管道上装有回压压力传感器28。

伺服电机4的下方设置有数据采集处理装置，数据采集处理装置由计算机1和数据采集板2构成。数据采集板2通过导线与计算机1连接，并通过采集控制线3与伺服电机4连接。

实验釜27的下方设置有回压接收器30，回压接收器30的下端安装有手动电动电磁阀33，手动电动电磁阀33通过采集控制线3与数据采集板2连接。回压接收器30的下方设置有计量器，所述的计量器由电子天平31和滤液收集杯32构成，滤液收集杯32装在电子天平31上，电子天平31通过采集控制线3与数据采集板2连接。

所述的实验釜27呈圆筒状，实验釜27的上、下两端分别设置有上盖14和下盖34，上盖14的中心制作有通孔，通孔内装有测试丝杆12和高温密封圈15，测试丝杆12的下端位于实验釜27内部，测试丝杆12的上端装有滚珠丝杆螺母13，滚珠丝杆螺母13下端固定在电机支架7的轴承10内；测试丝杆12上端的滚珠丝杆螺母13上装有丝杆带轮11。上盖14上设置有温度传感器8，实验釜27的上部制作有气体加压接口16。下盖34的内端面上装有滤网35，下盖34的中部装有连接管29，连接管29与回压接收器30连接。

所述的压力控制装置由滤失压力传感器17、电子两位三通阀18、滤失电子调压泄压阀19、压力表20、回压电子调压泄压阀21、手动调压阀22、氮气源23、气液增压泵24和供液槽25构成。氮气源23通过管道与实验釜27的气体加压接口16连接，管道上装有滤失压力传感器17、电子两位三通阀18、滤失电子调压泄压阀19、压力表20、回压电子调压泄压阀21和手动调压阀22，电子两位三通阀18上通过管道连接有气液增压泵24和供液槽25，所述的滤失压力传感器17、电子两位三通阀18、滤失电子调压泄压阀19、回压电子调压泄压阀21通过采集控制线3与数据采集板2连接。

所述的加热器26、光电位移传感器9和回压压力传感器28通过采集控制线3与数据采集板2连接。所述的伺服电机4上安装有电机带轮5，并由电机带轮5通过同步带6与滚珠丝杆螺母13上的丝杆带轮11连接。所述的高温密封圈15由高温密封圈本体和弹簧圈36构成，高温密封圈本体上设置有凹槽，弹簧圈36安装在高温密封圈本体上的凹槽37内。

伺服电机4上安装有电机带轮5，并由电机带轮5通过同步带6与滚珠丝杆螺母13上的丝杆带轮11连接，测试丝杆12通过同步带6由伺服电机4带动，其优点在于测试过程中，伺服电机4的径向旋转能精密的转为测试丝杆12的轴向移动，测试误差小，精度高。

该水基泥浆封堵能力在线测试仪对水基泥浆在高温高压条件下静失水的泥饼厚度和强度测试是通过测试丝杆12进行的，当测试丝杆12在动移过程中保持恒定的线速度与泥饼接触并压入泥饼时，测试丝杆12受到的作用力通过伺服电机4的反馈系统反馈，测试丝杆12的位移量通过光电位移传感器9反馈，泥饼强度通过电流反馈，反馈信号由数据采集处理装置进行数据处理。

该水基泥浆封堵能力在线测试仪工作时，首先将试验泥浆装入实验釜27内，启动数据采集处理装置上的在线测试应用软件，设置加热温度和滤失时间。

当温度达到设定值时，打开氮气源23的总开关，顺时针调节手动调压阀22，将压力调到高于试验压力2Mpa；从软件界面上设定回压压力，启动回压电子调压泄压阀21；设定滤失压力，启动滤失电子调压泄压阀19和电子两位三通阀18，并同时开始计时；当试验泥浆滤液通过滤纸进入到回压接收器30中时，回压压力会相应升高，此时手动电动电磁阀33自动开启收集滤液，压力下降到回压设定压力时，手动电动电磁阀33会关闭；当滤失时间达到设定时间(30min)时，完全启动手动电动电磁阀33，滤液通过手动电动电磁阀33进入滤液收集杯32，然后通过电子天平31称量收集的滤液并计算滤液体积，高温高压水基泥浆静失水实验即告完成。

当实验温度达到设定要求时，设定回压压力和滤失压力，快速启动伺服电机4带动测试丝杆12运行到实验釜27底部，通过伺服电机4的电流反馈，判断测试丝杆12接触滤网35的时间，记录此时光电位移传感器9的零点，向上运行测试丝杆12，记录测试丝杆12受压状态下伺服电机4的电流作为泥饼强度测试的初始值。

当高温高压静失水实验完成时，启动伺服电机4，运行测试丝杆12到实验釜27下部与泥饼上端面接触，记录此时光电位移传感器9的值，即为泥饼在高温高压条件下的厚度，继续运行测试丝杆12下移，测试丝杆12端面与泥饼接触并插入泥饼内部，记录伺服电机4反馈电流的变化规律，通过数学公式计算泥饼不同深度抗压能力的大小，绘制泥饼强度随厚度变化的关系曲线，高温高压水基泥饼厚度和强度测试即告完成。

当高温高压静失水实验完成后，通过数据采集处理装置泄掉回压压力，将电子两位三通阀18转换到控制气液增压泵24的方向，设定最高压力上限，通过滤失电子调压泄压阀19控制，继续以高压液体对形成的泥饼加压，直至泥饼破裂。数据采集处理装置在此过程中自动记录试验时间、加压速度和突破压力，如果压力达到压力上限设定值还未出现突破压力(泥饼破裂)时，加压试验也会自动停止，确保试验安全。试验完成后，数据采集处理装置自动绘制高温高压条件下泥饼承压能力与加压时间、加压速度的关系曲线，完成高温高压水基泥饼承压强度测试。

整个试验完成后，数据采集处理装置自动控制回压电子调压泄压阀21、滤失电子调压泄压阀19泄掉回压压力和滤失压力，关闭气源总阀，等实验釜27冷却后清洗实验釜27及滤网35。

Claims (7)

1.一种水基泥浆封堵能力在线测试仪，它由实验釜(27)、加热器(26)、伺服电机(4)、数据采集处理装置、回压接收器(30)、计量器、压力控制装置构成，其特征在于：实验釜(27)上套装有加热器(26)，实验釜(27)的一侧通过电机支架(7)安装有伺服电机(4)，电机支架(7)的一端上安装有光电位移传感器(9)和轴承(10)；实验釜(27)的另一侧设置有压力控制装置，压力控制装置通过管线分别与实验釜(27)的气体加压接口(16)和回压接收器(30)连接；实验釜(27)的上、下两端分别设置有上盖(14)和下盖(34)，上盖(14)的中心制作有通孔，通孔内装有测试丝杆(12)和高温密封圈(15)，测试丝杆(12)的下端位于实验釜(27)的内部，测试丝杆(12)的上端装有滚珠丝杆螺母(13)，滚珠丝杆螺母(13)下端固定在电机支架(7)的轴承(10)内；测试丝杆(12)上端的滚珠丝杆螺母(13)上装有丝杆带轮(11)；上盖(14)上设置有温度传感器(8)，实验釜(27)的上部制作有气体加压接口(16)；下盖(34)的内端面上装有滤网(35)，下盖(34)的中部装有连接管(29)，连接管(29)与回压接收器(30)连接，回压接收器(30)的下端安装有手动电动电磁阀(33)，手动电动电磁阀(33)通过采集控制线(3)与数据采集板(2)连接；伺服电机(4)的下方设置有数据采集处理装置；回压接收器(30)设置在实验釜(27)的下方，回压接收器(30)的下方设置有计量器；压力控制装置与回压接收器(30)的连接管道上装有回压压力传感器(28)。

2.根据权利要求1所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的数据采集处理装置由计算机(1)和数据采集板(2)构成，数据采集板(2)通过导线与计算机(1)连接，并通过采集控制线(3)与伺服电机(4)连接。

3.根据权利要求1所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的计量器由电子天平(31)和滤液收集杯(32)构成，滤液收集杯(32)装在电子天平(31)上，电子天平(31)通过采集控制线(3)与数据采集板(2)连接。

4.根据权利要求1所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的压力控制装置由滤失压力传感器(17)、电子两位三通阀(18)、回压电子调压泄压阀(21)、压力表(20)、滤失电子调压泄压阀(19)、手动调压阀(22)、氮气源(23)、气液增压泵(24)和供液槽(25)构成；氮气源(23)通过管道与实验釜(27)的气体加压接口(16)连接，管道上装有滤失压力传感器(17)、电子两位三通阀(18)、滤失电子调压泄压阀(19)、压力表(20)、回压电子调压泄压阀(21)和手动调压阀(22)，电子两位三通阀(18)上通过管道连接有气液增压泵(24)和供液槽(25)，所述的滤失压力传感器(17)、电子两位三通阀(18)、滤失电子调压泄压阀(19)、回压电子调压泄压阀(21)通过采集控制线(3)与数据采集板(2)连接。

5.根据权利要求1所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的加热器(26)、光电位移传感器(9)和回压压力传感器(28)通过采集控制线(3)与数据采集板(2)连接。

6.根据权利要求1所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的伺服电机(4)上安装有电机带轮(5)，并由电机带轮(5)通过同步带(6)与滚珠丝杆螺母(13)上的丝杆带轮(11)连接。

7.根据权利要求2所述的水基泥浆封堵能力在线测试仪，其特征在于：所述的高温密封圈(15)由高温密封圈本体和弹簧圈(36)构成，高温密封圈本体上设置有凹槽(37)，弹簧圈(36)安装在高温密封圈本体上的凹槽(37)内。

Images