CN109540721A - 一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括底板，支柱，立杆，电机，圆弧齿形带，圆弧齿形带轮，主轴箱，主轴，测速仪，滑动导轨，连杆，夹具，试验腔体，钻杆，套管，微型钻井泵，钻井液循环线，钻井液储存箱，加载轮，加载砝码，施力杠杆，本发明的有益效果是：该装置新颖、结构紧凑，采集数据精度高，设计结构巧妙，操作方便，模拟钻井现场钻杆与套管的摩擦磨损，并利用微型钻井泵循环钻井液，在钻杆与套管摩擦过程中加入钻进液来研究摩擦磨损情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦磨损装置，具体为一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，属于摩擦学技术领域。
背景技术
在钻井过程中，钻杆相对套管旋转，两者之间不可避免存在摩擦磨损，特别时超深超高压油、气井，钻进深度大，钻井周期长，套管磨损更为严重。钻井“留下”的井筒能否承受试油、完井投产及开发作业“负荷”，应进行评价，以保证寿命期内井筒的安全。这其中一个重要的方面就是套管磨损程度评价，为此，需要利用试验机模拟钻井过程中钻井液对钻杆和套管之间的摩擦情况，通过改变主轴转速、压力、不同的钻井液等参数或材料，研究不同情况下钻井液对钻杆与套管之间的摩擦特性。为探究钻井过程中钻井液的摩擦磨损规律提供试验结论，进而为钻井时套管、钻杆的选取、钻进参数的选取、试油、完井投产及开发作业方案的制订提供指导。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，实现模拟钻杆套管之间的摩擦，造成磨损，为研究钻井液对钻杆套管间的摩擦特性提供实验工具。
本发明采用的技术方案是：一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括电机输出端连接有圆弧齿形小带轮，所述圆弧齿形小带轮通过皮带连接有圆弧齿形大带轮，所述圆弧齿形大带轮连接有连杆，所述连杆连接有主轴箱，所述的主轴箱底部安装固定有钻井液循环管线，所述循环管线连接有钻井液储存箱，另一条钻井液循环管线将钻井液储存箱和微型钻井泵连接，第三条钻井液循环管线将微型钻井泵与套管连接，所述主轴箱外壳前面固定安装有测速仪，所述主轴箱连接有主轴并在两侧连接有滑动导轨，所述主轴连接有钻杆带动其旋转，模拟井中转速，所述钻杆延伸到套管内部，所述套管固定放置于试验腔体内，所述试验腔体通过支柱立于试验底板上，所述试验底板一端有一立杆支撑电机，所述套管两侧连有夹具，所述夹具通过连杆连接滑动导轨，所述主轴箱后部固定安装有施力杠杆，所述施力杠杆连有加载轮并与钻杆接触，所述加载轮连有加载砝码。
所述主轴外延上表面设有孔洞且能使钻井液顺利进入钻杆内部，模拟钻井过程钻井液从钻杆中心进入。
所述套管固定安置于试验腔体内部，且两侧装有固定板并通过夹具，夹紧，防止套管在实验时滑动旋转，模拟钻井过程中的固井过程。
所述主轴经过精密加工可以带动钻杆均匀旋转，所述主轴箱上装有监测钻杆转速的测速仪保证改变钻井液浓度时钻速相同。
所述主轴箱后方连有施力杠杆，所述施力杠杆连有加载轮并与钻杆接触，通过进行力的加载，使得钻杆外环面与套管内环面实现线性接触。
如图1所示的装置，进行钻杆与套管摩擦磨损的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、实验前，将实验试件浸泡在石油醚中放置于超声波清洗仪里清洗一分钟，去除表面的油污便于观察，烘干后，用镊子夹取到天平上称量三次试件的原始重量，计算三次结果的平均值并记为试件的原始重量，使用显微镜观察试件原始表面的形态特征，并保存图片。
S2、在摩擦磨损试验机相应位置上固定好钻杆，用夹具固定好套管，根据现场相关资料设计并设定好转速、负载正压力、试验时间，加入钻井液进行试验。
S3、实验结束，等待实验机卸载完毕，排完钻井液后取出钻杆和套管。
S4、实验后样品浸泡在石油醚中置于超声波清洗仪里清洗干净，烘干后，在天平上称量三次试件的重量，计算三次结果的平均值并记录，使用显微镜观察试件形态特征，并保存图片。
S5、整理仪器器材，打扫实验室。
S6、在分析测试中心对实验后的试件进行三维形貌和扫描电镜分析，得到分析结果图。
本发明具有以下优点：
1.该用于研究钻井过程中钻杆与套管摩擦磨损的试验机装置结构简单，操作方便，较好的模拟了钻井现场钻杆与套管的摩擦磨损情况并利用微型钻井泵循环钻井液，在钻杆与套管摩擦过程中加入钻井液来研究摩擦磨损情况。
2.该装置方便拆卸，可以分别称量出钻杆套管的磨损量也可以通过扫描电镜得到钻杆与套管的扫描电镜图，更有利于分析钻杆套管的摩擦磨损情况。并且该装置使用结束后方便清洗，提高工作效率，减小劳动量。
附图说明
图1为本发明的正面示意图；
图2为本发明施力结构示意图；
图3为图1中主轴局部正视图；
图4为图1中主轴局部俯视图；
图5为钻杆套管摩擦细节图；
图中：1-电机，2-圆弧齿形小带轮，3-圆弧齿形带，4-圆弧齿形大带轮，5-主轴箱，6-测速仪，7-钻井液储存箱，8-主轴，9-微型钻井泵，10-钻杆，11-套管，12-底板，13-支柱，14-试验腔体，15-夹具，16-连杆，17-立杆，18-滑动导轨，19-加载轮，20-加载砝码，21-施力杠杆，22-连接杆。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
请参阅图1—5所示一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括电机1输出端端连接有圆弧齿形小带轮2，所述圆弧齿形小带轮2通过皮带3连接有圆弧齿形大带轮4，所述圆弧齿形大带轮4连接有连杆22，所述连杆22连接有主轴箱5，所述的主轴箱5底部安装固定有钻井液循环管线，所述循环管线连接有钻井液储存箱7，另一条钻井液循环管线将钻井液储存箱7和微型钻井泵9连接，第三条钻井液循环管线将微型钻井泵9与套管11连接，所述主轴箱5外壳前面固定安装有测速仪6，所述主轴箱5连接有主轴8并在两侧连接有滑动导18，所述主轴8连接有钻杆10带动其旋转，模拟井中转速，所述钻杆10延伸到套管11内部，所述套管11固定放置于试验腔体14内，所述试验腔体14通过支柱13立于试验底板12上，所述试验底板12一端有一立杆17支撑电机1，所述套管11两侧连有夹具15，所述夹具15通过连杆16连接滑动导轨18，所述主轴箱5后部固定安装有施力杠杆21，所述施力杠杆21连有加载轮19并与钻杆10接触，所述加载轮19连有加载砝码20。
如图2所示，主轴箱5后部固定安装有施力杠杆21，施力杠杆21连接有加载轮19并与钻杆10相接触，加载轮19连有加载砝码20，根据实验要求配置好砝码，对钻杆10进行力的加载，使得钻杆10外环面与套管11内环面实现线性接触。
如图3、图4所示，主轴8外延上表面设有孔洞的主视图和俯视图，该设计能使钻井液顺利进入钻杆10内部，模拟钻井过程钻井液从钻杆10中心进入的情况。
如图5所示，当钻杆10在主轴8的带动下均匀转动，并在施力系统的作用下与套管11线性接触摩擦，加入钻井液，并且在钻杆10与套管11摩擦前后称量二者重量。
如图1所示的装置，进行钻杆与套管摩擦磨损的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、实验前，将实验试件浸泡在石油醚中放置于超声波清洗仪里清洗一分钟，去除表面的油污便于观察，烘干后，用镊子夹取到天平上称量三次试件的原始重量，计算三次结果的平均值并记为试件的原始重量，使用显微镜观察试件原始表面的形态特征，并保存图片。
S2、在摩擦磨损试验机相应位置上固定好钻杆10，用夹具固定好套管11，根据现场相关资料设计并设定好转速、负载正压力、试验时间，加入钻井液进行试验。
S3、实验结束，等待实验机卸载完毕，排完钻井液后取出钻杆10和套管11。
S4、实验后样品浸泡在石油醚中置于超声波清洗仪里清洗干净，烘干后，在天平上称量三次试件的重量，计算三次结果的平均值并记录，使用显微镜观察试件形态特征，并保存图片。
S5、整理仪器器材，打扫实验室。
S6、在分析测试中心对实验后的试件进行三维形貌和扫描电镜分析，得到分析结果图。
Claims (6)
1.一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括电机(1)输出端连接有圆弧齿形小带轮(2)，所述圆弧齿形小带轮(2)通过皮带(3)连接有圆弧齿形大带轮(4)，所述圆弧齿形大带轮(4)连接有连杆(22)，所述连杆(22)连接有主轴箱(5)，所述的主轴箱(5)底部安装固定有钻井液循环管线，所述循环管线连接有钻井液储存箱(7)，另一条钻井液循环管线将钻井液储存箱(7)和微型钻井泵(9)连接，第三条钻井液循环管线将微型钻井泵(9)与套管(11)连接，所述主轴箱(5)外壳前面固定安装有测速仪(6)，所述主轴箱(5)连接有主轴(8)并在两侧连接有滑动导轨(18)，所述主轴(8)连接有钻杆(10)带动其旋转，模拟井中转速，所述钻杆(10)延伸到套管(11)内部，所述套管(11)固定放置于试验腔体(14)内，所述试验腔体(14)通过支柱(13)立于试验底板(12)上，所述试验底板(12)一端有一立杆(17)支撑电机(1)，所述套管(11)两侧连有夹具(15)，所述夹具(15)通过连杆(16)连接滑动导轨(18)，所述主轴箱(5)后部固定安装有施力杠杆(21)，所述施力杠杆(21)连有加载轮(19)并与钻杆(10)接触，所述加载轮(19)连有加载砝码(20)。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，其特征在于：所述主轴(8)外延上表面设有孔洞且能使钻井液顺利进入钻杆(10)内部，模拟钻井过程钻井液从钻杆(10)中心进入。
3.根据权利要求1所述的一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，其特征在于：所述套管(11)固定安置于试验腔体(14)内部，且两侧装有固定板并通过夹具(15)，夹紧，防止套管(11)在实验时滑动旋转，模拟钻井过程中的固井过程。
4.根据权利要求1所述的一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，其特征在于：所述主轴(8)经过精密加工可以带动钻杆(10)均匀旋转，所述主轴箱(5)上装有监测钻杆(10)转速的测速仪(6)保证改变钻井液浓度时钻速相同。
5.根据权利要求1所述的一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，其特征在于：所述主轴箱(5)后方连有施力杠杆(21)，所述施力杠杆(21)连有加载轮(19)并与钻杆(10)接触，通过进行力的加载，使得钻杆(10)外环面与套管(11)内环面实现线性接触。
6.根据权利要求1～5中所述的装置进行钻杆与套管摩擦磨损的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、实验前，将实验试件浸泡在石油醚中放置于超声波清洗仪里清洗一分钟，去除表面的油污便于观察，烘干后，用镊子夹取到天平上称量三次试件的原始重量，计算三次结果的平均值并记为试件的原始重量，使用显微镜观察试件原始表面的形态特征，并保存图片；
S2、在摩擦磨损试验机相应位置上固定好钻杆(10)，用夹具固定好套管(11)，根据现场相关资料设计并设定好转速、负载正压力、试验时间，加入钻井液进行试验；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190329 |