CN111556960A - 用于确定堵漏材料的回弹系数的基于应变能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于堵漏材料(LCM)的便携式回弹性测试设备。该便携式回弹性测试设备包括测试池以及使容纳在测试池中的LCM的样品移动并对该样品施加力的探测器。便携式回弹性测试设备可以用于在LCM样品上执行压缩循环和解去压缩循环。从在解去压缩循环期间释放的解吸应变能量和在压缩循环期间存储的吸收应变能量来确定LCM样品的回弹系数。还提供了一种确定回弹系数的方法。

Description

用于确定堵漏材料的回弹系数的基于应变能的方法和装置

技术领域

本发明的公开总体上涉及堵漏材料(LCM)的测试和评价，堵漏材料用于在使用钻井流体进行钻井期间控制井筒中的井漏(lost circulation)。更具体地，本发明的公开的实施例涉及确定回弹行为或堵漏材料(LCM)。

背景技术

井漏是钻井操作期间遇到的常见挑战之一。在操作的任何阶段期间都可能遇到井漏，并且当泵送到井中的钻井流体(或钻井泥浆)部分地返回或没有返回到地面时，就会发生井漏。虽然预料会有一些流体漏失，但是从安全、经济或环境的角度来看，过多的流体漏失是不期望的。井漏与井控制、井筒不稳定性、卡钻、生产测试不成功、完井后的烃生产不佳、以及由于孔隙或孔隙喉道被泥浆颗粒堵塞而造成的地层损坏所带来的问题相关联。井漏问题还可能促成钻井操作的非生产时间(NPT)。在极端情况下，井漏问题可能迫使放弃井。

井漏会发生在各种地层中，诸如天然裂缝性地层、洞穴性地层和高渗透地层。井漏可以按漏失的流体或泥浆量进行分类，诸如渗漏型、中等型、严重型和全部漏失型。流体漏失的程度以及利用LCM控制井漏的能力取决于发生井漏的地层的类型。一些地层，诸如孔洞地层和洞穴性地层，可能需要特定类型的LCM来防止或缓和透过这种地层中的孔洞和裂缝。

发明内容

堵漏材料(LCM)用于通过阻塞钻井流体(诸如钻井泥浆)进入地层的路径来减轻井漏。在井漏状况下使用的LCM的类型取决于井漏程度和地层类型。诸如粒状、纤维状和片状材料之类的不同类型的LCM经常单独地或组合地被用于控制井漏。在井漏状况下招致的成本可能是因为时间损失、钻井流体的损失以及生产的损失。现有的LCM可能在减轻和防止中等和渗漏型井漏时的表现不佳，并且可能不适合控制严重的井漏。

一些LCM可以用于在漏失区域形成有回弹性的密封件或塞子。这样的LCM可以包括颗粒，该颗粒旨在进入漏失区域的间隙、裂纹、裂缝和孔洞内，然后在过平衡压力停止之后膨胀，以在漏失区域的间隙、裂纹、裂缝和孔洞内形成密封件或塞子，以控制井漏。然而，没有用于评价这样的LCM组成的回弹特性的标准化测试或其它工业方法。

在一个实施例中，提供一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的设备。该设备包括：测试池，其具有内部腔室，该内部腔室被构造为容纳LCM的样品，使得测试池具有限定内部腔室的开口端和封闭端。设备还包括：探测器，其被构造为插入到测试池的开口端中，并具有探测器腿部以及圆盘形的探测器脚部。设备进一步包括：臂，其被联接至探测器并被构造为对探测器施加载荷，使得在压缩循环期间借助探测器的跨越第一位移的移动对LCM样品施加力，并且进一步被构造为释放对探测器施加的载荷，使得在解去压缩循环期间借助探测器的跨越第二位移的移动将力移除。另外地，设备包括：处理器；以及非暂时性计算机可读存储器，其可由处理器访问，并且在其上存储有可执行代码。可执行代码包括使处理器执行如下操作的一组指令，操作包括：使用第一位移来确定在压缩循环期间由LCM样品吸收的应变能量；使用第二位移来确定在解去压缩循环期间由LCM样品释放的应变能量；以及通过将释放的应变能量除以吸收的应变能量来确定回弹系数。在一些实施例中，操作包括：在可由处理器访问的显示器上基于施加到LCM样品的力以及第一位置与第二位置之间的距离，提供力对距离的曲线图。在一些实施例中，设备包括：基座，使得测试池被联接至基座。在一些实施例中，臂经由移动机构被联接至基座。在一些实施例中，基座包括端口，使得端口被构造为通过有线连接将基座连接到处理器。在一些实施例中，探测器臂和探测器腿部是铝的。在一些实施例中，探测器的跨越第一位移的移动发生在第一位置与第二位置之间，并且探测器的跨越第二位移的移动发生在第二位置与第三位置之间。在一些实施例中，第一位置和第三位置是相同的。在一些实施例中，臂进一步被构造为在探测器移动到第三位置之前，将探测器在第二位置维持一段时间。

在另一实施例中，提供一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的方法。方法包括：在压缩循环期间借助插入到测试池的开口端中的探测器的从第一位置到第二位置的移动，对容纳在测试池中的LCM的LCM样品施加力，使得第一位置和第二位置限定第一位移。方法进一步包括：使用第一位移来确定由LCM吸收的应变能量，并在解去压缩循环期间借助探测器的从第二位置到第三位置的位移，释放施加到LCM样品上的力，使得第二位置和第三位置限定第二位移。方法还包括：使用第二位移来限定释放的应变能量；以及通过将释放的应变能量除以吸收的应变能量来确定回弹系数。在一些实施例中，力为至少3克力(gf)。在一些实施例中，探测器的移动是以位移速率发生的。在一些实施例中，位移速率为至少1毫米/秒(mm/sec)。在一些实施例中，方法包括：将探测器在第二位置维持一段时间。在一些实施例中，一段时间为至少一分钟。在一些实施例中，第一位置和第三位置是相同的。

在另一实施例中，提供一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的设备。设备包括：基座，其具有控制电路和电源；测试池，其被联接至基座并且具有内部腔室，内部腔室被构造为容纳LCM的样品，测试池具有限定内部腔室的开口端和封闭端；探测器，其被构造为在测试池的内部腔室内移动；连接杆，其被联接至基座；臂，其被联接至探测器。臂被构造为作出响应对探测器施加载荷，使得在压缩循环期间借助探测器的跨越从第一位置到第二位置的移动对LCM样品施加力，并且进一步被构造为释放对探测器施加的载荷，使得在解去压缩循环期间借助探测器的从第二位置到第三位置的移动将力移除，使得第一位置和第二位置限定探测器的第一位移，并且第二位置和第三位置限定探测器的第二位移。在一些实施例中，臂进一步被构造为在探测器移动到第三位置之前，将探测器在第二位置维持一段时间。在一些实施例中，第一位置和第三位置是相同的。在一些实施例中，设备包括：第一限位器，其被联接至连接杆；以及第二限位器，其被联接至连接杆，使得第一限位器被构造为限定探测器的第二位置，并且第二限位器被构造为与臂接合以限定探测器的第三位置。

附图说明

图1是根据本发明的公开的实施例的用于确定LCM的回弹系数的设备的测试池和探测器的剖视图；

图2是根据本发明的公开的实施例的力对距离的曲线图，图形化地示出了从零位置到图2所示位移ΔD_i而由力Fi完成的增量功ΔW的确定；

图3是根据本发明的公开的实施例的力对距离，图形化地示出了由压缩力产生和由LCM样品吸收的弹性能量的确定；

图4是根据本发明的公开的实施例的用于确定LCM的回弹系数的设备的测试池的剖视图；

图5是根据本发明的公开的实施例的用于确定LCM的回弹系数的设备的探测器的剖视图；

图6是根据本发明的公开的实施例的用于确定LCM的回弹系数的便携式设备的示意图；

图7是用于根据本发明的公开的实施例的使用便携式回弹性测试设备来确定LCM样品的回弹系数的方法的框图；

图8是根据本发明的公开的实施例的便携式回弹性测试设备的基座和计算机设备的框图；

图9是根据本发明的公开的实施例的对于示例性样品A的回弹性测试的力对距离的曲线图；

图10是根据本发明的公开的实施例的对于示例性样品B的回弹性测试的力对距离的曲线图；以及

图11是根据本发明的公开的实施例的对于示例性样品B的回弹性测试的力对距离的曲线图。

具体实施方式

将参考示出本发明的公开的实施例的附图更全面地描述本发明的公开。然而，本发明的公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于所示出的实施例。而是，提供这些实施例使得本发明的公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的公开的范围。

本发明的公开的实施例包括堵漏材料(LCM)的回弹系数(COR)的确定。回弹系数是基于在压缩LCM样品时的应变能量吸收以及在解去压缩LCM样品时的应变能量解吸来确定的。基于在压缩循环(也称为“加载循环”)期间吸收的应变能量以及在解去压缩循环(也称为“卸载循环”)期间释放的应变能量，可以将回弹系数确定为解吸的应变能量与吸收的应变能量的比率。回弹系数可以提供对LCM的回弹特性的定量评估，可以基于回弹系数测试并评价各种LCM，以识别出如下的有回弹性的LCM：适合在过平衡压力停止之后在漏失区域的间隙、裂纹、裂缝和孔洞内形成密封件和塞子以控制井漏。

本发明的公开的实施例进一步包括用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的便携式回弹性测试设备。便携式回弹性测试设备包括具有开口端和封闭端的圆筒形测试池以及在放置于测试池中的样品顶部上施加载荷的探测器。探测器包括由铝制成的平坦脚部圆盘活塞，该活塞被附接至圆柱形腿部，该圆柱形腿部连接到载荷传感器(load cell)承载臂的载荷传感器上。便携式回弹性测试设备进一步包括移动机构，该移动机构被附接至对测试池中的样品施加载荷的载荷传感器承载臂。便携式回弹性测试设备进一步包括连接杆，该连接杆被联接至限位器，以限定铝探测器的移动。便携式回弹性测试设备可以包括或联接至具有用于控制回弹性测试的控制电路的基座。便携式回弹性测试设备还可以联接至用于显示回弹性测试数据和确定回弹系数的计算机。

本发明的公开的实施例进一步包括用于使用本发明的公开中描述的设备来确定回弹系数的方法，该方法包括：将样品定位到测试池中，定位铝探测器并设定测试参数(诸如触发力)，以及执行压缩循环并记录压缩循环结束时吸收的总能量。在执行压缩循环之后，可以将探测器在其加载循环位置保持一段加载时间。过程进一步包括：通过以位移速率撤回探测器来执行解去压缩循环，然后记录在撤回探测器之后释放的总能量。通过将在解去压缩循环期间释放的解吸应变能量除以在压缩循环期间由样品存储的吸收应变能量，可以确定回弹系数。

图1描绘了根据本发明的公开的用于确定LCM的回弹系数的设备的测试池100和探测器102。测试池100可以是大体圆筒形的，并且被构造为接纳探测器102的探测器脚部104。探测器102包括探测器脚部104，该探测器脚部104被联接至探测器腿部106，该探测器腿部106被联接至移动机构。在一些实施例中，探测器脚部104和探测器腿部106可以是铝或铝合金的。

测试池100和探测器102的操作使得能够实现样品的回弹系数的确定。如图1所示，可以将LCM的样品108定位在测试池102的内部腔室中。可以借助探测器102对LCM样品108的表面施加力Fi，如图1中箭头110所示。力Fi足以使探测器102沿力Fi的方向以位移ΔDi移动。力Fi可以以量ΔFi增加以进行位移ΔDi。如果ΔFi接近0，则从零位置到位移ΔDi而由力Fi完成的增量功ΔW近似为F_iΔDi。因此，针对单元位移ΔDi而由力Fi执行的功可以用等式1来表达：

图2是力对距离的曲线图200，图形化示出了从零位置到一位移而由力完成的增量功的确定。如图2所示，y轴202描绘了力，并且x轴204描绘了距离。曲线图200中的线206描绘了示例性力-位移曲线。在图2中还示出了对应于平均力210的位移208(dD)。在由位移206(dD)限定的力-位移曲线以及平均力208下方的区域210对应于针对位移208而由力执行的增量功(dW)。

如果LCM样品具有完美的弹性和回弹性，那么Fi(Di)＝kiDi，其中ki是弹簧系数。因此，为了将LCM样品从0压缩到距离Di而由从零增加到Fi的力所做的功可以根据等式2来表达：

基于等式2，为了将LCM样品压缩到距离Dd而由压缩力Fc执行的功等于在回弹性测试的压缩循环期间由样品吸收的弹性能量Ea，并且可以用等式3来表达：

在图形上，该弹性能量代表因LCM样品向下位移到距离Dd而由压缩力Fc产生的载荷-位移曲线下方的区域。例如，图3描绘了力对距离的曲线图300，图形化地示出了由压缩力产生和由LCM样品吸收的弹性能量的确定。如图3所示，y轴302描绘了力，并且x轴304描绘了距离。曲线图300中的线306描绘了在压缩循环期间产生的示例性力-位移曲线(即，Fc＝f(Dc))。曲线Fc＝f(Dd)下方的区域Ac(用附图标记308表示)代表在回弹性测试的压缩循环期间吸收的能量的量。

在测试的解去压缩循环期间由卸载力执行的功等于在LCM样品向上位移距离Du期间由LCM样品解吸的弹性能量Ed，并且可以用等式4来表达：

在图形上，弹性能量Ed代表因LCM样品向上位移距离Du而由解去压缩力Fd产生的载荷-位移曲线下方的区域。如图3所示，曲线图300中的线310描绘了在解去压缩循环期间产生的示例性力-位移曲线(即，该曲线代表关系Fd＝f(Du))。曲线Fd＝f(Du)下方的区域Ad(用附图标记312表示)代表在测试的解去压缩循环期间解吸的能量的量。

因此，LCM样品的回弹系数(COR)可以由在解去压缩循环期间解吸的能量的量与在压缩循环期间吸收的能量的量的比率来确定，如等式5所示：

图4和图5描绘了根据本发明的公开的实施例的测试池和探测器的进一步细节。因此，图4描绘了根据这样的实施例的测试池100的截面侧视图。在一些实施例中，测试池可以是大体圆筒形的，并且限定了具有开口端402和封闭端404的内部腔室400。如上所述，开口端402可以被构造为接纳探测器102。测试池100可以具有外径406、高度408和壁厚410。在一些实施例中，外径406可以是60mm，高度408可以是116mm，并且壁厚410可以是12mm。测试池102可以限定有具有内径412和高度414的内部腔室400。在一些实施例中，内径412可以是48mm并且高度414可以是104mm。如本文所述，内部腔室被构造为接纳用于根据本发明的公开中所描述的技术进行测试的LCM的样品。

图5描绘了根据本发明的公开的探测器102的侧视图，探测器102具有探测器脚部104，该探测器脚部104被联接至探测器腿部106。探测器脚部104可以是大体圆盘形的，并且可以具有直径500和脚部厚度502。可以选择该直径以确保探测器脚部106被接纳在内部腔室400中。在一些实施例中，直径500可以为约47.5mm，并且脚部厚度520可以为5mm。探测器腿部106可以具有腿部长度504，以使得探测器102向内部腔室400内的移动能够足以将用于测试的LCM样品压缩。在一些实施例中，探测器脚部104和探测器腿部106两者都是铝或铝合金的。在一些实施例中，探测器脚部104和探测器腿部106可以形成单个部件，或者在一些实施例中，探测器腿部106可以从探测器脚部104上移除。

本发明的公开的实施例进一步包括用于确定回弹系数的便携式设备。设备可以是便携式的，使得设备可以被运输到井场并用于在井场确定LCM的回弹系数。以该方式，可以确定可在井场得到的LCM是否适合用于具有特定特性的井漏区域，而无需将LCM运输到远离井场的测试地点(例如，实验室)。

图6描绘了根据本发明的公开的实施例的用于确定LCM的回弹系数的便携式回弹性测试设备600。便携式回弹性测试设备600可以包括测试池100以及具有上述探测器脚部104和探测器腿部106的探测器102。设备进一步包括联接至探测器腿部106的载荷传感器承载臂602、校准平台604、载荷传感器606、联接至承载臂602的移动机构608、连接杆609、以及布置在连接杆609上的限位器610。在一些实施例中，便携式设备600可以包括或联接至具有控制面板614的基座612。在一些实施例中，便携式设备600可以包括或联接至计算机616。

如上所述，测试池100可以接纳LCM样品618以使用便携式回弹性测试设备600进行测试。图6以截面图描绘了测试池100和探测器102，该图示出了被定位在测试池100中的LCM样品618。

当便携式回弹性测试设备600被供电时，载荷传感器承载臂602可以借助移动机构608上下平移，使得载荷传感器606借助探测器102的移动对LCM样品618施加载荷。例如，探测器脚部104可以借助施加至LCM样品618顶表面的力将LCM样品618压缩。载荷传感器承载臂606还可以实现从LCM样品618移除载荷以使得能够将LCM样品618解去压缩，从而使得探测器脚部104移动到第二位置。以该方式，载荷传感器承载臂602和载荷传感器606可以提供回弹性测试的压缩循环和回弹性测试的解去压缩循环，以使得能够使用上面段落26至30以及等式3-5中所描述的确定方法来确定LCM样品618的回弹系数。在一些实施例中，移动机构608可以是液压机构。在其它实施例中，移动机构608可以是齿条和小齿轮机构。

限位器610联接至连接杆609，并且可以在回弹性测试的压缩循环和解去压缩循环期间限定载荷传感器承载臂602的移动。下侧限位器610A可以在压缩循环期间限定载荷传感器承载臂606的最大向下位移。当载荷传感器承载臂606遇到下侧限位器610A时，载荷传感器承载臂606的移动会自动停止，并且载荷传感器承载臂606可以在压缩位置保持一段时间。上侧限位器610B可以在解去压缩循环期间限制载荷传感器承载臂606的最大向上位移。当载荷传感器承载臂606遇到上侧限位器610B时，载荷传感器承载臂606的移动会自动停止。

校准平台604使得能够对载荷传感器606以及载荷传感器承载臂602的动作进行校准。例如，通过将已知重量放置在校准平台上并记录由载荷传感器606移位的相应重量(例如，通过借助计算机616查看被移位的重量)，可以对载荷传感器进行校准。

基座612可以具有足够的重量以防止便携式回弹性测试设备600的部件在回弹性测试的执行期间移动。在一些实施例中，基座612可以形成包围控制和监测便携式回弹性测试设备600的操作的电子部件的壳体。在一些实施例中，基座612还可以包括能够实现便携式回弹性测试设备600的供电的电源部件。在一些实施例中，电源部件可以包括电池。在一些实施例中，电源部件可以包括用于从AC电源(例如，AC干线)接收并转换电力的部件，以便操作便携式回弹性测试设备600、给电池充电或它们的组合。在一些实施例中，基座612的外部可以包括控制面板614。控制面板614可以包括控制回弹性测试设备600的操作的一个或多个硬件元件(例如，按钮、开关等)。在一些实施例中，例如，控制面板614可以包括急停按钮620，当被按下时，该急停按钮620立即停止设备614的操作。在一些实施例中，控制面板可以包括其它元件，诸如开始按钮、电源按钮或开关等等。

在一些实施例中，便携式回弹性测试设备600可以包括或联接至计算机616。计算机616可以联接至或包括显示器622。计算机616可以接收与回弹性测试相关联的数据并将其存储在非暂时性计算机可读存储器中。在其它实施例中，计算机616、显示器622或两者可以集成到便携式回弹性测试设备600的基座612中。

图7描绘了根据本发明的公开的实施例的用于使用在本文中描述的回弹性测试设备来确定LCM样品的回弹系数的方法700。将会领会到，可以使用便携式回弹性测试设备600在井场执行方法700，从而消除了将LCM的样品发送到远程位置以进行测试和评价的要求。因此，便携式回弹设备600可以降低与用于在井场评价LCM相关联的成本和时间。最初，如图7所示，可以将LCM样品放置在测试池中使得LCM样品的顶部在测试池的开口端下方一定距离处，并且顶部是水平的(框702)。在一些实施例中，可以将LCM样品放置在测试池中使得LCM样品在测试池的顶部下方2厘米(cm)处。

然后，可以将具有探测器脚部和探测器腿部的探测器联接至载荷传感器承载臂(704)。可以将探测器脚部定位在LCM样品的顶表面之上并且可以设定测试参数(框706)。在一些实施例中，例如，可以设定要施加至LCM样品的触发力。在一些实施例中，触发力可以设定为至少约3克力(gf)。在一些实施例中，可以设定LCM样品所要经历的应变百分比。

接下来，可以通过借助探测器以一位移速率压缩LCM样品来执行压缩循环(也称为加载循环)直到达到特定应变百分比(框708)。在一些实施例中，可以以1mm/秒(mm/sec)的位移速率压缩LCM样品。可以记录压缩循环结束时存储的总能量(框710)。可以将探测器在加载循环位置维持一压缩时间段(框712)。在一些实施例中，可以将探测器在加载循环位置维持约1分钟的压缩时间段。

接下来，可以通过以位移速率撤回探测器来执行解去压缩循环以允许LCM样品解去压缩(框714)。在一些实施例中，可以以约1mm/sec的位移速率撤回探测器。可以记录探测器完全撤回后释放的总能量(框716)。如本文使用的，术语“完全撤回”是指探测器撤回至探测器不再与LCM样品接触。在一些实施例中，可以将探测器至少撤回到执行压缩循环之前的探测器的初始位置。然后，可以通过将在测试的解去压缩循环期间释放的解吸应变能量除以在测试的压缩循环期间由样品存储的吸收应变能量来确定LCM样品的回弹系数(框718)。在一些实施例中，可以将方法700的步骤执行多次，以确定LCM的平均回弹系数。另外地或作为替代方案，在一些实施例中，可以根据方法700测试LCM的多个样品，以确定LCM的平均回弹系数。在一些实施例中，可以在不同的应变百分比下测试LCM的样品，以确定在不同应变百分比下的LCM的回弹系数。

在一些实施例中，可以使用方法700来比较两个或更多个LCM，并选择其中一个LCM用于井中的井漏区域。例如，可以根据方法700对第一LCM的样品进行回弹性测试以确定回弹系数，并且可以根据方法700对第二LCM的样品进行回弹性测试以确定回弹系数。可以将第一LCM的回弹系数与回弹系数进行比较，以确定哪个LCM具有适合于特定井漏区域的回弹性。例如，对于孔洞或洞穴井漏区域，可以选择具有较大回弹系数或高于特定阈值的回弹系数的LCM。可以将选择的LCM引入到井筒中的井漏区域中，诸如通过将LCM添加到钻井流体中，并使更改后的钻井流体以如下泵送速率循环：该泵送速率能够有效地将更改后的钻井流体定位成与井漏区域接触。有利地，本发明的公开中所描述的便携式回弹性测试设备和技术提供了对LCM的定量评估，以使得能够针对特定井漏区域选择具有最佳漏失控制能力的LCM。选择具有最佳回弹性的LCM可以改善漏失控制操作并降低钻井流体的损失，从而降低了钻井的整体成本和时间并提高了效率。

图8描绘了根据本发明的公开的便携式回弹性测试设备600的基座612和计算机616设备的框图。如上所述，基座612可以形成基本上包围基座612的一些或全部部件的壳体。在一些实施例中，基座612可以包括控制电路800、电源802和I/O端口804。应领会的是，在其它实施例中，基座612可以包括为了操作便携式回弹性测试设备600而提供的其它部件。在一些实施例中，基座612可以包括或形成人体工程学特征，以实现便携性且更容易地运输到井场。

控制电路800可以包括逻辑器件，以在预选值内直接或间接地控制和监测回弹性测试的参数(例如，载荷、力、位移、应变百分比或它们的任何组合)。在一些实施例中，控制电路800可以用用于回弹性测试的参数进行编程，诸如使用计算机616或在一些实施例中使用位于基座612上的硬件元件。例如，在一些实施例中，可以设定多个应变百分比，以评价在不同加载和卸载条件下的回弹系数。控制电路800可以将回弹参数发送到计算机616。在一些实施例中，例如，控制电路800可以包括专用集成电路(AISC)或现场可编程门阵列(FPGA)。

在一些实施例中，基座612可以由塑料、金属或这两者形成。基座612可以包括用于接纳便携式回弹性测试设备600的部件的一个或多个接收部，诸如用于移动机构608和连接杆609的接收部。基座612可以包括凹部或其它特征，以容纳可提供与外部装置的连接的诸如I/O端口804等部件。在一些实施例中，基座612可以包括或包围用于冷却便携式回弹性测试设备600的部件的有源冷却部件(例如，风扇)、无源冷却部件(例如，散热器)。

电源802可以包括适合于为便携式回弹性测试设备600的部件供电的电源。在一些实施例中，电源802可以包括一个或多个电池。在一些实施例中，电源802可以包括AC至DC转换器。在这样的实施例中，便携式回弹性测试设备600可以经由I/O端口804被连接至AC源(例如，AC干线)。在这样的实施例中，电源802可以提供DC，以给电池充电，为便携式回弹性测试设备600的部件供电，或两者。

I/O端口804可以使得外部装置能够连接至便携式回弹性测试设备600。便携式回弹性测试设备600的实施例可以包括任何数量和类型的I/O端口804，包括通用串行总线(USB)端口、Firewire或IEEE-1394端口、AC电源连接器和DC电源连接器。此外，便携式回弹性测试设备600可以使用输入和输出端口来连接到其它装置(诸如计算机616)并相对于其它装置发送或接收数据。

图8还描绘了诸如经由I/O端口804与便携式回弹性测试设备600的基座612连接的计算机616的框图。如图8所示，计算机616可以包括处理器806、存储器808、显示器812和I/O端口814。应领会的是，计算机616可以包括其它部件，为清楚起见将其省略。在一些实施例中，计算机616可以是服务器、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话等。例如，计算机616可以是便携式计算机，诸如膝上型或平板计算机，以适应便携式回弹性测试设备600的便携性并运输到井场。

处理器806(如本发明的公开中所使用的，术语“处理器”涵盖微处理器)可以包括具有接收和处理数据(诸如经由基座612的I/O端口804从便携式回弹性测试设备600接收到的数据)能力的一个或多个处理器。在一些实施例中，处理器806可以包括专用集成电路(AISC)。在一些实施例中，处理器806可以包括精简指令集(RISC)处理器。另外地，处理器806可以包括单核处理器和多核处理器，并且可以包括图形处理器。可以采用多个处理器来提供对本发明的公开中描述的一种或多种技术的并行或顺序执行。处理器806可以从存储器(例如，存储器808)接收指令和数据。

存储器808(其可以包括一个或多个有形的非暂时性计算机可读存储介质)可以包括诸如随机读取存储器(RAM)等易失性存储器和诸如ROM、闪存、硬盘驱动器、任何其它合适的光学、磁性或固态存储介质等非易失性存储器，或者它们的组合。存储器808可以由处理器806访问。存储器808可以存储可执行计算机代码。可执行计算机代码可以包括用于实现本发明的公开中描述的一种或多种技术的计算机程序指令。例如，可执行计算机代码可以包括回弹系数确定指令814，该回弹系数确定指令814使用从便携式回弹性测试设备接收到的数据来确定LCM的回弹系数。在一些实施例中，回弹系数确定指令814可以实现上面所述且图8中所示的方法800的一个或多个要素。在一些实施例中，回弹系数确定指令814可以接收力和距离数据816作为输入信息。在一些实施例中，回弹系数确定指令814还可以显示从便携式回弹性测试设备600接收到的力和距离数据816的曲线图。回弹性测试数据的曲线图818可以被存储在存储器808中，并且如图8所示，可以被显示在显示器810上。

显示器810可以包括阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器或其它合适的显示器。显示器606可以显示用户界面(例如，图形用户界面)，用户界面可以显示从便携式回弹性测试设备600接收到的数据。根据一些实施例，显示器810可以是触摸屏，并且可以包括或设置有触敏元件，用户可以通过该触敏元件与计算机616进行交互。在一些实施例中，显示器810可以显示根据本文描述的技术使用力和距离数据产生的回弹数据曲线图810。例如，操作员可以在显示器810上查看回弹数据曲线图818，以评价用于减少或防止井中的井漏的LCM。

I/O端口812可以使得外部装置能够连接到计算机616。计算机616的实施例可以包括任何合适数量和类型的I/O端口812，包括通用串行总线(USB)端口、Firewire或IEEE-1394端口、AC电源连接器和DC电源连接器。此外，计算机616可以使用输入和输出端口来连接到其它装置(诸如便携式回弹性测试设备600的基座612)并相对于其它装置发送或接收数据。例如，I/O端口812可以经由电缆或其它连接装置连接到I/O端口804。I/O端口812和I/O端口804之间的连接可以使得能够将数据从便携式回弹性测试设备600传输到计算机616。

在其它实施例中，基座612和计算机616可以各包括用于有线或无线网络通信的网络接口。在这样的实施例中，基座612可以通过有线或无线网络将数据传输到计算机616。例如，这样的网络可以包括因特网、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)或其它网络。通过网络的通信可以使用合适的标准、协议和技术，例如以太网蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如IEEE 802.11标准)和其它标准、协议和技术。

实例

包括以下实例以说明本发明公开的实施例。本领域技术人员应领会的是，在以下实例中公开的技术和组成代表在本发明的公开的实践中发现功能良好的技术和组成，因此可以被认为构成其实践的模式。然而，根据本发明公开，本领域技术人员应领会的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的特定实施例进行许多改变，并且仍然获得类似或相似的结果。

使用尺寸在大于1mm至小于4mm的范围内的粗橡胶颗粒的测试样品，对便携式回弹性测试设备600进行了测试。在将测试样品放置到测试池中之后，针对20％、30％、40％和45％的应变进行了回弹性测试(即，压缩循环和解去压缩循环)，以在测试样品的顶部产生各种力，并且模拟出将要在井筒环境中经历的过平衡压力的范围。在表1中示出了测试结果：

表1：使用测试样品进行的示例性测试的结果

实例1(样品A)

在20％的应变百分比下对样品A进行了测试。图9描绘了对于样品A的回弹性测试，力对位移的曲线图900，示出了样品的回弹系数的确定。如图9所示，y轴902描绘了力，并且x轴904描绘了由探测器移动的距离。曲线图900中的线906对应于在样品A的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线，并且线908对应于在样品A的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线。线906下方的阴影区域910表示在测试的压缩循环期间吸收的应变能量。吸收的应变能量经计算为29.11kgf-mm。线908下方的阴影区域912表示在测试的解去压缩循环期间释放的应变能量。释放的应变能量经计算为11.58kgf-mm。

使用等式1计算出样品A的回弹系数。使用11.58kgf-mm的释放应变能量和29.11kgf-mm的吸收应变能量，样品A的回弹系数为约0.40。

实例2(样品B)

在30％的应变百分比下对样品B进行了测试。图10描绘了对于样品B的回弹性测试，力对位移的曲线图1000，示出了样品的回弹系数的确定。如图10所示，y轴1002描绘了力，并且x轴1004描绘了由探测器移动的距离。曲线图1000中的线1006对应于在样品B的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线，并且线1008对应于在样品B的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线。如上面关于样品A所讨论的，线1006下方的阴影区域1010表示在测试的压缩循环期间吸收的应变能量，并且线1008下方的阴影区域1012表示在测试的解去压缩循环期间释放的应变能量。对应于阴影区域1010的吸收应变能量经计算为88.99kgf-mm，并且对应于阴影区域1012的释放应变能量经计算为38.97kgf-mm。

使用等式1计算出样品B的回弹系数。使用38.97kgf-mm的释放应变能量和88.99kgf-mm的吸收应变能量，样品B的回弹系数为约0.44。

实例3(样品C)

在40％的应变百分比下对样品C进行了测试。图11描绘了对于样品C的回弹性测试，力对位移的曲线图1100，示出了样品的回弹系数的确定。如图11所示，y轴1102描绘了力，并且x轴1104描绘了由探测器移动的距离。曲线图1100中的线1106对应于在样品C的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线，并且线1108对应于在样品C的测试的压缩循环期间产生的力-位移曲线。如上面关于样品A和B所讨论的，线1106下方的阴影区域1110表示在测试的压缩循环期间吸收的应变能量，并且线1108下方的阴影区域1112表示在测试的解去压缩循环期间释放的应变能量。对应于阴影区域1110的吸收应变能量经计算为243.08kgf-mm，并且对应于阴影区域1112的释放应变能量经计算为120.85kgf-mm。

使用等式1计算出样品B的回弹系数。使用120.85kgf-mm的释放应变能量和243.08kgf-mm的吸收应变能量，样品C的回弹系数为约0.050。

在本发明的公开中描述的示例性测试证明了便携式回弹性测试设备600的适用性以及确定LCM的回弹行为的回弹性测试，并且显示了便携式回弹性测试设备600确定不同应变百分比下的回弹系数的能力。

在本发明的公开中，范围可以表达为从大约一个特定值到大约另一特定值或两者。当表达这样的范围时，应理解的是，另一实施例是从一个特定值到另一特定值或两者，以及在所述范围内的所有组合。

鉴于该描述，本发明的公开的各个方面的进一步的修改和替代实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，该描述仅应被解释为说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实施本发明的公开中描述的实施例的一般方式。应当理解的是，本发明的公开中示出和描述的形式将被视为实施例的实例。元件和材料可以代替本发明的公开中示出和描述的那些，部件和过程可以颠倒或省略，并且某些特征可以独立地利用，所有这些对于受益于本说明书的本领域技术人员而言是显而易见的。在不脱离如所附权利要求书中所描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明中所描述的元件进行改变。在本发明的公开中描述的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制描述的范围。

Claims (20)

1.一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的设备，包括：

测试池，其具有内部腔室，所述内部腔室被构造为容纳所述LCM的样品，所述测试池具有限定所述内部腔室的开口端和封闭端；

探测器，其被构造为插入到所述测试池的所述开口端中，所述探测器包括探测器腿部以及圆盘形的探测器脚部；

臂，其被联接至所述探测器并被构造为对所述探测器施加载荷，使得在压缩循环期间借助所述探测器的跨越第一位移的移动对LCM样品施加力，所述臂进一步被构造为释放对所述探测器施加的所述载荷，使得在解去压缩循环期间借助所述探测器的跨越第二位移的移动将所述力移除；

处理器；

非暂时性计算机可读存储器，其能由所述处理器访问，并且在所述非暂时性计算机可读存储器上存储有可执行代码，所述可执行代码包括使所述处理器执行如下操作的一组指令，所述操作包括：

使用所述第一位移来确定在所述压缩循环期间由所述LCM样品吸收的应变能量；

使用所述第二位移来确定在所述解去压缩循环期间由所述LCM样品释放的应变能量；以及

通过将所述释放的应变能量除以所述吸收的应变能量来确定回弹系数。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述操作包括：在能由所述处理器访问的显示器上，基于施加到所述LCM样品的所述力以及所述第一位置与所述第二位置之间的距离，来提供力对距离的曲线图。

3.根据权利要求1或2所述的设备，包括基座，其中，所述测试池被联接至所述基座。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述臂经由移动机构被联接至所述基座。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述基座包括端口，所述端口被构造为通过有线连接而连接到所述处理器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述探测器臂和探测器腿部包括铝。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述探测器的跨越所述第一位移的所述移动发生在第一位置与第二位置之间，并且所述探测器的跨越所述第二位移的所述移动发生在所述第二位置与第三位置之间。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一位置和所述第三位置是相同的。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述臂进一步被构造为在所述探测器移动到所述第三位置之前，将所述探测器在所述第二位置维持一段时间。

10.一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的方法，所述方法包括：

在压缩循环期间借助插入到测试池的开口端中的探测器的从第一位置到第二位置的移动，对容纳在所述测试池中的所述LCM的LCM样品施加力，所述第一位置和所述第二位置限定第一位移；

使用所述第一位移来确定由所述LCM样品吸收的应变能量；

在解去压缩循环期间借助所述探测器的从所述第二位置到第三位置的位移，释放施加到所述LCM样品上的所述力，所述第二位置和所述第三位置限定第二位移；

使用所述第二位移来确定释放的应变能量；以及

通过将所述释放的应变能量除以所述吸收的应变能量来确定回弹系数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述力为至少3克力(gf)。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述探测器的所述移动是以位移速率发生的。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述位移速率为至少1毫米/秒(mm/sec)。

14.根据权利要求10、11、12或13所述的方法，包括将所述探测器在所述第二位置保持一段时间。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一段时间为至少一分钟。

16.根据权利要求10、11、12、13、14或15所述的方法，其中，所述第一位置和所述第三位置是相同的。

17.一种用于确定堵漏材料(LCM)的回弹系数的设备，包括：

基座，其包括控制电路和电源；

测试池，其被联接至所述基座并且具有内部腔室，所述内部腔室被构造为容纳所述LCM的样品，所述测试池具有限定所述内部腔室的开口端和封闭端；

探测器，其被构造为在所述测试池的所述内部腔室内移动；

连接杆，其被联接至所述基座；

臂，其被联接至所述探测器，所述臂被构造为作出响应而对所述探测器施加载荷，使得在压缩循环期间借助所述探测器的跨越从第一位置到第二位置的移动对LCM样品施加力，所述臂进一步被构造为释放对所述探测器施加的所述载荷，使得在解去压缩循环期间借助所述探测器的从所述第二位置到第三位置的移动将所述力移除，所述第一位置和所述第二位置限定所述探测器的第一位移，并且所述第二位置和所述第三位置限定所述探测器的第二位移。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述臂进一步被构造为在所述探测器移动到所述第三位置之前，将所述探测器在所述第二位置维持一段时间。

19.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述第一位置和所述第三位置是相同的。

20.根据权利要求17、18或19所述的设备，包括：

第一限位器，其被联接至所述连接杆；以及

第二限位器，其被联接至所述连接杆，其中，所述第一限位器被构造为限定所述探测器的所述第二位置，并且所述第二限位器被构造为与所述臂接合以限定所述探测器的所述第三位置。

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