CN104729924B - 一种岩芯强度测试仪器及测试方法 - Google Patents

一种岩芯强度测试仪器及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种岩芯强度测试仪器及测试方法，其技术方案是：外壳的内部设有测试部件，测试部件上部连接液压缸，所述的液压缸连接液压传感器，液压缸通过换向阀连接油箱，液压缸连接电机，所述的电机通过变频器控制，所述的变频器连接电源控制器，电源控制器设有复位按钮、下降按钮、上升按钮、开始按钮、电机按钮、电源按钮，测试部件通过数据采集器连接计算机、打印机，计算机连接外壳外部固定的显示屏；本发明的有益效果是：采用自动化压力控制传感器控制定量液压泵连续加压，液压缸上活塞杆向下推动实心的岩芯棒，松动的粘土矿物或岩样，通过配套的托盘，落入外套筒中。本仪器通过液压缸的压力快速采集，可达到实时采集压力的要求。

Description

一种岩芯强度测试仪器及测试方法
技术领域
本发明涉及一种石油行业室内评价钻井液或钻井液用处理剂抑制性能的岩芯强度测试设备，特别涉及一种岩芯强度测试仪器及测试方法。
背景技术
实验室测试钻井液或钻井液用处理剂抑制性能时，常采用页岩膨胀仪器，测试在一定时间内，粘土矿物或页岩经钻井液或钻井液用处理剂浸泡后的膨胀高度，从而反映钻井液或钻井液用处理剂的抑制性。在测试过程中，由于抑制剂或钻井液的抑制性能不同，同一个岩样经抑制剂浸泡后，其胶结力受破坏程度不尽相同。如：泥页岩经水相或油相浸泡后，均迅速完全浸湿，但浸泡后的泥页岩强度区别很大。而且，在常规页岩膨胀实验中，当测试实验结束后，通常把岩芯测筒中的粘土矿物或页岩直接清洗掉，没有继续评价粘土矿物或页岩经钻井液或钻井液用处理剂浸泡前后的强度变化。为了进一步测试岩芯测筒中的粘土矿物或页岩浸泡前后的性能，亟需研制了一种能够评价粘土矿物或页岩浸泡前后强度的测试仪器。
《石油仪器》期刊2008年第22卷第5期报道了《新型岩石硬度测定仪》。该仪器将岩样直接放在液压缸活塞上，利用手摇泵推动液压缸活塞上升，随着不断加压，压膜逐渐压入岩样，通过完成一个点岩石硬度试验，记录压膜压入的深度和岩石的载荷，反映出岩石的强度。
《工程机械》期刊1985年第3期刊登了一篇题为《QY8型岩石强度测试仪》的资料。该仪器属于不规则岩石强度测试仪器，直接取用钻探岩芯或从岩芯上取下制成的块状，采用加载液压千斤顶向上挤压平板中间的岩石，使其破碎，测量岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。
《探矿工程》期刊1982年第1期简述了《岩石压入硬度计》。该仪器由北京地质仪器厂生产，从外观上看，该仪器也是通过手摇泵控制液压缸，随着手摇泵不断加压，液压缸活塞上的岩样上升，上端的压膜压入岩样。其工作原理与《石油仪器》期刊2008年第22卷第5期报道了《新型岩石硬度测定仪》大致相同。
中国专利CN201320644492.9公布了一种便携式岩石硬度测试设备，该设备通过划痕法，利用笔管底部的笔尖测试岩样硬度。
中国专利CN201420009131.1公布了岩石强度测试装置，该装置是将岩样放在在辅助支撑板上， 通过底部施压装置向上推动岩样，使之与上端多个压力触头接触，实现一次多点测试岩样强度。
中国专利CN201320248423.6公布了一种矿山岩石硬度液压测试装置。该装置将岩样置放上压力导杆平台上，通过手动加压，使得底部的压力活塞推动压力导杆平台上的岩样，通过测试同等压力下，钻头压入岩石样本的深度，评价不同岩石的硬度。
中国专利CN201310385148.7公布了一种岩石硬度测定方法以及测定仪器。该仪器以刚玉为标准参照物，将测试岩样切磨成特定标准厚度，放置在带孔的托盘上，利用电机启动钻头，测试钻头穿过岩样的时间，计算出岩样的硬度。
上述关于岩石强度测试的仪器有岩石硬度计、岩石强度测试仪器等，主要通过划痕法、点测试法，压碎法等，测试岩石强度、硬度。由于粘土矿物或岩样经过钻井液或钻井液用处理剂浸泡一段时间后，常出现破碎现象，因此上述仪器或装置，无法测得浸泡后粘土矿物或岩样的强度。同时，划痕法、点测试法，压碎法等不能很好反应粘土矿物或岩样内部颗粒胶结强度，而且，上述仪器多数为手动控制液压，精确度不高，不能实时记录实验数据。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种岩芯强度测试仪器，采用自动化压力控制传感器控制定量液压泵连续加压，液压缸上活塞杆向下推动实心的岩芯棒，松动的粘土矿物或岩样，通过配套的托盘，落入外套筒中。本仪器通过液压缸的压力快速采集，可达到实时采集压力的要求。
本发明提到的一种岩芯强度测试仪器，其技术方案是：包括液压传感器、显示屏、液压缸、测试部件、变频器、电源控制器、外壳、复位按钮、下降按钮、上升按钮、开始按钮、电机按钮、电源按钮、电机、换向阀、油箱、数据采集器、计算机、打印机，外壳的内部设有测试部件，测试部件上部连接液压缸，所述的液压缸连接液压传感器，液压缸通过换向阀连接油箱，液压缸连接电机，所述的电机通过变频器控制，所述的变频器连接电源控制器，电源控制器设有复位按钮、下降按钮、上升按钮、开始按钮、电机按钮、电源按钮，测试部件通过数据采集器连接计算机及打印机，计算机连接外壳外部固定的显示屏，所述的测试部件包括安装板、定位套、岩芯棒、岩芯套、托盘、外套筒，安装板的下部固定定位套，所述的定位套的下部通过螺纹连接岩芯套，岩芯套的下部固定托盘，所述的托盘的底部通过螺纹连接外套筒，岩芯套的内部设有岩芯棒。
上述的定位套的外部呈锥形结构，所述的定位套的外部设有调节夹紧环。
上述的岩芯棒的直径为0.001英寸—0.999英寸。
上述的托盘的开孔直径为0.001英寸—0.999英寸。
上述的测试部件的压力量程为0.1—20.0MPa。
上述的岩芯棒直径为0.24英寸、0.49英寸或0.74英寸。
上述的托盘的开孔直径为0.25英寸、0.5英寸或0.75英寸。
上述的测试部件的压力量程为0.1—3.0MPa。
本发明提到的一种岩芯强度测试仪器的测试方法，包括以下步骤：
A）首先将测试仪器置于平整的地面上，打开仪电源按钮、计算机、打印机的电源，打开计算机中页岩强度测试仪器的程序，设置保存路径，填写实验名称、实验人和备注，岩心棒固定在定位套中，按住上升按钮，直至岩心棒调到最上端，松开上升按钮，将页岩或粘土矿物装入岩芯套中，施加压力，使得粘土矿物或页岩具有强度；
B）然后将岩芯套和托盘相接，将装有粘土矿物或页岩的岩芯套和托盘组合装入与外套筒中，将岩心套、托盘和外套筒组合安装在定位套上，在计算机测试程序中点击“开始测试”，并打开仪器上端的开始按钮，实验开始，显示屏和计算机上状态显示为：正在测试，并开始绘制实时压强曲线，实验结束，显示屏、计算机测试程序的状态显示为：测试结束；
C）实验完成后，关闭电源按钮、计算机、打印机，清洗岩芯棒、岩芯套、托盘、外套筒，结束实验，如需要进行下一次实验，按动复位按钮，显示屏上状态显示为：“系统复位请稍后…”直到显示屏状态显示为：“系统准备”后，重复以上操作。
本发明的有益效果是：该仪器能够在实验室条件下，结合页岩膨胀仪器测试钻井液或钻井液用处理剂的抑制性能，当页岩膨胀仪器结束实验后，直接转移装有粘土矿物或岩样的岩芯筒，安装在岩芯强度仪器上。采用自动化压力控制传感器控制定量液压泵连续加压，液压缸上活塞杆向下推动实心的岩芯棒，松动的粘土矿物或岩样，通过配套的托盘，落入外套筒中。本仪器通过液压缸的压力快速采集，可达到实时采集压力的要求，并通过触摸屏记录加压过程中的实时压力曲线，为了达到更为方便、人性化、智能，该设备通过电脑软件记录并保存整个过程中的实验数据；通过上述方案，通过实时压力曲线图，结合一系列数据对比，量化粘土矿物或岩样经钻井液或钻井液处理剂浸泡前后的胶结强度变化，进一步反映钻井液或钻井液处理剂的抑制性能，丰富抑制性能评价手段。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的侧视图。
附图3是测试部件的结构示意图。
上图中：液压传感器1、显示屏2、液压缸3、安装板4、定位套5、岩芯棒6、岩芯套7、托盘8、外套筒9、变频器10、电源控制器11、外壳12、复位按钮13、下降按钮14、上升按钮15、开始按钮16、电机按钮17、电源按钮18、电机19、换向阀20、油箱21、数据采集器22、打印机23，调节夹紧环5.1。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明作进一步的描述：
本发明提到的一种岩芯强度测试仪器，包括液压传感器1、显示屏2、液压缸3、测试部件、变频器10、电源控制器11、外壳12、复位按钮13、下降按钮14、上升按钮15、开始按钮16、电机按钮17、电源按钮18、电机19、换向阀20、油箱21、数据采集器22、计算机、打印机23，外壳12的内部设有测试部件，测试部件上部连接液压缸3，所述的液压缸3连接液压传感器1，液压缸3通过换向阀20连接油箱21，液压缸3连接电机19，所述的电机19通过变频器10控制，所述的变频器10连接电源控制器11，电源控制器11设有复位按钮13、下降按钮14、上升按钮15、开始按钮16、电机按钮17、电源按钮18，测试部件通过数据采集器22连接计算机及打印机23，计算机连接外壳12外部固定的显示屏2，所述的测试部件包括安装板4、定位套5、岩芯棒6、岩芯套7、托盘8、外套筒9，安装板4的下部固定定位套5，所述的定位套5的下部通过螺纹连接岩芯套7，岩芯套7的下部固定托盘8，所述的托盘8的底部通过螺纹连接外套筒9，岩芯套7的内部设有岩芯棒6。
其中，定位套5的外部呈锥形结构，所述的定位套5的外部设有调节夹紧环5.1。
其中，岩芯棒6的直径为0.001英寸—0.999英寸；托盘8的开孔直径为0.001英寸—0.999英寸；测试部件的压力量程为0.1—20.0MPa；岩芯棒6直径为0.24英寸、0.49英寸或0.74英寸；托盘8的开孔直径为0.25英寸、0.5英寸或0.75英寸，测试部件的压力量程为0.1—3.0MPa。
本发明提到的一种岩芯强度测试仪器的测试方法，包括以下步骤：
A）首先将测试仪器置于平整的地面上，打开仪电源按钮18、计算机、打印机23的电源。打开计算机中页岩强度测试仪器的程序，设置保存路径，填写实验名称、实验人和备注。选取0.24英寸的岩心棒6固定在定位套5中，按住上升按钮15，直至岩心棒6调到最上端，松开上升按钮15。将10g的页岩或粘土矿物装入岩芯套7中，施加4MPa压力，时间为5min，使得粘土矿物或页岩有一定的强度；
B）然后将岩芯套7和0.25英寸的托盘8相接。将装有粘土矿物或页岩的岩芯套7和托盘8组合装入与外套筒9中。将岩心套7、托盘8和外套筒9组合安装在定位套5上。在计算机测试程序中点击“开始测试”，并打开仪器上端的开始按钮16，实验开始，显示屏2和计算机上状态显示为：正在测试，并开始绘制实时压强曲线。实验结束，显示屏2、计算机测试程序的状态显示为：测试结束；
C）实验完成后，关闭电源按钮18、计算机、打印机23，清洗岩芯棒6、岩芯套7、托盘8、外套筒9，结束实验。如需要进行下一次实验，按动复位按钮13，显示屏2上状态显示为：“系统复位请稍后…”直到显示屏2状态显示为：“系统准备”后，重复以上操作。
本发明的工作原理是：用定量液压系统连续给油路供油，油路上装有一个高精度液压传感器，液压传感器选择MIK-P300，MIK-P30G，MIKP350，MIK-P400或MIK-P500，通过油路里的油，推动液压缸上活塞装置缓慢的向下移动，当活塞装置上的探头接触到粘土矿物或页岩时，液压传感器往外发出信号，因粘土矿物或页岩与活塞探头的阻力减缓探头向下移动的速度，此时液压系统输出油的速度不变，油路内压力增大，液压传感器信号发生变化，由专门研发的软件接收仪器信号，信号通过软件计算生成压力（P）与时间（t）曲线反映在显示屏上，其数据通过打印机打出。
该仪器能够在实验室条件下，结合页岩膨胀仪器测试钻井液或钻井液用处理剂的抑制性能，当页岩膨胀仪器结束实验后，直接转移装有粘土矿物或岩样的岩芯筒，安装在岩芯强度仪器上。采用自动化压力控制传感器控制定量液压泵连续加压，液压缸上活塞杆向下推动实心的岩芯棒，松动的粘土矿物或岩样，通过配套的托盘，落入外套筒中。本仪器通过液压缸的压力快速采集，可达到实时采集压力的要求，并通过触摸屏记录加压过程中的实时压力曲线，为了达到更为方便、人性化、智能，该设备通过电脑软件记录并保存整个过程中的实验数据。由于采用上述方案，通过实时压力曲线图，结合一系列数据对比，量化粘土矿物或岩样经钻井液或钻井液处理剂浸泡前后的胶结强度变化，进一步反映钻井液或钻井液处理剂的抑制性能，丰富抑制性能评价手段。

Claims (6)

1.一种岩芯强度测试仪器，其特征是：包括液压传感器（1）、显示屏（2）、液压缸（3）、测试部件、变频器（10）、电源控制器（11）、外壳（12）、复位按钮（13）、下降按钮（14）、上升按钮（15）、开始按钮（16）、电机按钮（17）、电源按钮（18）、电机（19）、换向阀（20）、油箱（21）、数据采集器（22）、计算机、打印机（23），外壳（12）的内部设有测试部件，测试部件上部连接液压缸（3），所述的液压缸（3）连接液压传感器（1），液压缸（3）通过换向阀（20）连接油箱（21），液压缸（3）连接电机（19），所述的电机（19）通过变频器（10）控制，所述的变频器（10）连接电源控制器（11），电源控制器（11）设有复位按钮（13）、下降按钮（14）、上升按钮（15）、开始按钮（16）、电机按钮（17）、电源按钮（18），测试部件通过数据采集器（22）连接计算机及打印机（23），计算机连接外壳（12）外部固定的显示屏（2），所述的测试部件包括安装板（4）、定位套（5）、岩芯棒（6）、岩芯套（7）、托盘（8）、外套筒（9），安装板（4）的下部固定定位套（5），所述的定位套（5）的下部通过螺纹连接岩芯套（7），岩芯套（7）的下部固定托盘（8），所述的托盘（8）的底部通过螺纹连接外套筒（9），岩芯套（7）的内部设有岩芯棒（6）；
所述的托盘（8）的开孔直径为0.25英寸。
2.根据权利要求1所述的岩芯强度测试仪器，其特征在于：所述的定位套（5）的外部呈锥形结构，所述的定位套（5）的外部设有调节夹紧环（5.1）。
3.根据权利要求1所述的岩芯强度测试仪器，其特征在于：所述的岩芯棒（6）的直径为0.001英寸—0.999英寸。
4.根据权利要求1所述的岩芯强度测试仪器，其特征在于：所述的测试部件的压力量程为0.1—20.0MPa。
5.根据权利要求3所述的岩芯强度测试仪器，其特征在于：所述的岩芯棒（6）直径为0.24英寸、0.49英寸或0.74英寸。
6.根据权利要求4所述的岩芯强度测试仪器，其特征在于：所述的测试部件的压力量程为0.1—3.0MPa。
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