CN101915732B - 数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，岩芯固定在加压及夹持装置的下端，加压及夹持装置设置在支架上，加压及夹持装置的上端设置有加压饼，模拟钻杆与电机的轴相连并随轴旋转，岩芯压在模拟钻杆上，用于传递岩芯和旋转的模拟钻杆之间摩擦力的导杆穿过加压饼后与传感器相连。该数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪检测方便、结构小巧、读数稳定且准确。

Description

数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪

技术领域

本发明技术涉及一种数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪。

技术背景

目前测定摩擦系数的仪器，一般是测定金属——金属摩擦副的摩擦力(系数)领域。在钻井技术领域，钻杆与孔壁的摩擦情况测定是一个研究热点问题，即金属——岩石摩擦副的摩擦情况，然而使用一般的金属摩擦力测定仪无法测试金属与孔壁围岩的摩擦力，因此迫切需要研制出能够测定金属——岩石摩擦副湿摩擦力的测量装置。1985年中南矿冶学院(现中南大学)鲁凡等研制出了一种直读式摩擦系数测定仪(专利号：CN85200204U)，该仪器采用钢——岩石线摩擦副自重加压的形式，根据胡克定律采用弹簧的压缩量来直接测量摩擦力。该仪器的缺点在于采用弹簧作为测量介质，误差大、测量数值不稳定；用简易喷嘴作为钻井液的施加装置，只适用于测定清水或低浓度无固相润滑钻井液，但对于泥浆或者其他高浓度钻井液，则不适用。

发明内容

本发明的目的是提出一种数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，该数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪检测方便、结构小巧、读数稳定且准确。

本发明的技术解决方案如下：

一种数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，岩芯固定在加压及夹持装置的下端，加压及夹持装置设置在支架上，加压及夹持装置的上端设置有加压饼，模拟钻杆与电机的轴相连并随轴旋转，岩芯压在模拟钻杆上，用于传递岩芯和旋转的模拟钻杆之间摩擦力的导杆穿过加压饼后与压力传感器相连。

所述的加压饼为多个。

导杆上设有用于锁紧加压饼的螺母。

在模拟钻杆的下方设有钻井液槽，模拟钻杆的下表面与钻井液槽中的钻井液相接触。

所述的压力传感器采用GZB-2A型压力传感器。

岩芯与模拟钻杆的接触面与压力传感器的中轴线保持在一条水平线上。

有益效果：

该数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪结合现代的传感器技术，采用反应灵敏的传感器记录摩擦力数值，并可实现数据的显示、储存及打印功能。相对于一般的采用弹簧作为测量介质的测量装置，消除了弹簧的不稳定影响，灵敏性、准确性更高。此外，该设备可适用于各种钻井液的润滑性测定，既可用于室内试验也方便于野外勘探的使用。同时，该仪器也可用于金属——岩石摩擦副摩擦力测试，将岩样换成金属材料，也可用于金属——金属摩擦副摩擦力测试，应用范围广。

本仪器结构小巧，方便携带，测量精度高，较之采用弹簧作为测量介质的测量装置读数稳定，另外，引入传感器技术，在测量精度上得到大幅度的提高，传感器与配套的仪表相连接，可实现数据的储存及打印功能；钻井液槽的设计，使该仪器可适用于各种钻井液的润滑性测定，既可用于室内试验也方便于野外勘探的使用。

附图说明

图1是本实施例1的总体结构示意图；

图2是图1的AB剖面C方向视图；

图3为岩样加压及夹持装置结构图。

标号说明：1电机  2电机底座  3防水装置  4平衡架  5岩样  6模拟钻杆  7钻井液槽  8导杆  9螺母  10传感器  11加压圆饼  12夹持板  13加压及夹持装置

具体实施方式

以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪主要由以下六部分组成(见图1～3)：电机1、平衡架(即支架)4、岩芯加压及夹持装置13(见附图3)、钻井液槽7、模拟钻杆6和传感器10(型号：湖南宇航GZB-2A)。

电动机功率为75～100瓦，模拟钻杆的外缘线速度为1.61～3.06米/秒，传感器量程为0～15N。

加压及夹持装置配重完毕之后，导杆8与传感器10连接，调平至传感器显示为零，注意传感器中轴线需与岩芯12与模拟钻杆6的接触面保持在一条水平线上，这样可减少测量误差，提高装置的精度。准备工作完成之后，开动电机带动模拟钻杆转动，固定在岩芯夹持装置上的岩样5压在模拟钻杆上，对其产生一个正压力。模拟钻杆转动时，岩样与模拟钻杆之间产生摩擦力，带动加压与夹持装置，此时导杆将这个摩擦力传递给传感器，传感器即可测得该摩擦力的数值，通过与传感器配套的数显仪，将所测数据实时测量出来，并加以储存。

往钻井液槽7中，倒入钻井液，即可测得在有钻井液情况下的摩擦力，用不同的钻井液，测出不同的摩擦力数值，即可用于评价钻井液润滑性能的好坏。

该装置采用金属-岩石线摩擦副，真实地反应了钻孔中钻杆与孔壁的摩擦情况。为了保证仪器的摩擦面的压力稳定，且接近实际情况，该装置采用辅助加压与自重加压相结合的方式，设计了类似于举重中所用的加压及夹持装置，即加压时将加压圆饼沿导杆轴线方向直接套在导杆上，每次加压完毕之后用螺母9将其锁死，防止装置工作时，因设备产生振动等原因致使加压圆饼与导杆之间产生相对位移，保证整个加压与夹持装置在工作中以一个整体形式出现，大大消除了加压装置内部产生的线性误差，提高测量精度。

该装置根据实际情况确定相对线速度与正压力，测定结果与实际情况相符合。该装置采用了传感器(型号：湖南宇航GZB-2A)技术，灵敏度高、稳定性好、精度高，可以测出水质、PH值、浓度、岩粉、时间、油垢等对钻井液润滑性能的影响，摩擦力的测定范围0.5～12N。该设备采用整体化设计思路，装置总重量小于4公斤，便于装卸与携带，完全可以适用野外及室内试验的要求。

Claims (6)

1.一种数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，其特征在于，岩芯固定在加压及夹持装置的下端，加压及夹持装置设置在支架上，加压及夹持装置的上端设置有加压饼，模拟钻杆与电机的轴相连并随轴旋转，岩芯压在模拟钻杆上，用于传递岩芯和旋转的模拟钻杆之间摩擦力的导杆穿过加压饼后与压力传感器相连。

2.根据权利要求1所述的数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，其特征在于，所述的加压饼为多个。

3.根据权利要求2所述的数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，其特征在于，导杆上设有用于锁紧加压饼的螺母。

4.根据权利要求1-3任一项所述的数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，其特征在于，在模拟钻杆的下方设有钻井液槽，模拟钻杆的下表面与钻井液槽中的钻井液相接触。

5.根据权利要求1-3任一项所述的数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，其特征在于，所述的压力传感器采用GZB-2A型压力传感器。

6.根据权利要求1-3任一项所述的数显式钻杆与岩芯摩擦力测定仪，岩芯与模拟钻杆的接触面与压力传感器的中轴线保持在一条水平线上。

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