CN113237791B - 一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，涉及钻井勘探领域，其包括清洗装置、釜体、稠化电机、加热部件、结束测试部件、顶盖和底盖；釜体的上下端均开口设置，釜体设置于第三轴承内圈中，第三轴承外圈与第一肢臂相连，第一肢臂用于对釜体进行位置限定；釜体与稠化电机可分离式相连并由稠化电机带动旋转。本稠化性能评价仪可以实现电加热和空气加压模拟地下环境，釜体可以完全密封，使得获取的稠化时间与实际的稠化时间更接近，便于相关人员了解稠化对象的实际性能参数；同时本稠化性能评价仪在试验结束后可自动进行清洗，有效避免稠化对象凝固在釜体内，便于后续使用。
Description
技术领域
本发明涉及钻井勘探领域，具体涉及一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪。
背景技术
井漏是最麻烦的钻井难题之一。由于昂贵的钻井液损失到地层中导致经济成本的增加，还可能导致一些井控问题。全世界井漏发生率约占总井数20%~25%，因此井漏一直是国内外一直关注的问题。通过科研攻关，目前国内外开发出了以桥接、高失水、可固化等为代表的堵漏材料，形成了系列钻井液承压堵漏技术。与常规堵漏材料相比，可固化堵漏材料具有较高的承压封堵能力，固化时间易控制，价格低廉，配制和操作工艺简单，适用于恶性漏失地层。但该材料容易被地层水稀释，稀释后固化强度低，固化时间和速率不易控制，施工安全风险高。
稠化性能评价仪，是用于油气井可固化堵漏浆体试验的仪器，该仪器可测量可固化堵漏浆体的稠度值，并且测量出稠化时间。稠化时间是评价可固化类堵漏材料性能的重要参数。因此如何在室内研究中正确评价可固化堵漏材料的稠化性能，形成可固化堵漏材料测量方法，对解决井漏问题及储层保护有着重要的意义。实验室现有的常温稠化性能评价仪釜体不能密封，因此不能进行加压模拟地下高压环境，且现有稠化性能评价仪通过加热水对釜体进行加热，使得温度低，达不到真实环境的要求；且加热方式采用水浴加热，水受热挥发，容易导致加热不均匀，使得现有稠化性能评价仪获取的稠化时间与实际环境下的稠化时间存在较大出入。
此外，由于稠化试验结束时稠化对象已相对粘稠，若不及时将其清除，其将快速凝固，等其凝固后便难以清除。而稠化试验通常耗时较长，试验操作者通常不会持续守护在稠化性能评价仪旁，因此常常出现稠化对象凝固在稠化性能评价仪内的情况，且现有稠化性能评价仪的釜体底部与釜身为一体封闭式，相关人员只能从釜体的上端开口将稠化对象清除，该方式在清除粘稠到一定程度或完全固结的稠化对象时需要花费大量的人力。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪解决了现有稠化性能评价仪获取的稠化时间与实际环境下的稠化时间存在较大出入，且试验后清洗不便的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其包括清洗装置、釜体、稠化电机、加热部件、结束测试部件、顶盖和底盖；釜体的上下端均开口设置，釜体设置于第三轴承内圈中，第三轴承外圈与第一肢臂相连，第一肢臂用于对釜体进行位置限定；釜体与稠化电机可分离式相连并由稠化电机带动旋转；
顶盖用于密封釜体的上端，顶盖设置于第一轴承内圈中，第一轴承外圈与第三肢臂相连，第三肢臂用于对顶盖进行位置限定；顶盖上设置有用于安装传感器的传感器安装孔和用于对釜体内部进行加压的加压密封孔；
底盖用于密封釜体的下端，底盖设置于第二轴承内圈中，第二轴承外圈与第二肢臂相连，第二肢臂用于对底盖进行位置限定；第二轴承外圈的底部设置有第二龙门架，第二龙门架上设置有用于支撑底盖的第二支撑柱；
结束测试部件包括第一轴承外圈、磁性联轴器和触碰开关，第一轴承外圈上设置有第一龙门架，触碰开关设置在第一龙门架上；磁性联轴器的内磁体活动设置在顶盖的下表面，使内磁体可相对顶盖轴向旋转，内磁体的下表面与桨叶相连；磁性联轴器的外磁体与扭力器相连，扭力器设置在第一龙门架上，外磁体上设置有用于触发触碰开关的指针；第一龙门架上设置有用于支撑顶盖的第一支撑柱；
加热部件包括设置在釜体上的加热线圈和接电环，加热线圈与接电环相连，接电环与供电刷滑动连接并通过供电刷与电源相连；
第一肢臂上贯穿有定轴，定轴固定在底座上；第一肢臂的末端设置有第一旋转台，第一旋转台位于第一旋转腔内，第一旋转腔上设置有用于带动第一旋转台左右旋转的第一旋转电机；第一旋转腔与第一立柱的一端相连接，第一立柱的另一端穿过底座并通过第一升降器进行高度调整；
第二肢臂上贯穿有定轴，定轴固定在底座上；第二肢臂的末端设置有第二旋转台，第二旋转台位于第二旋转腔内，第二旋转腔上设置有用于带动第二旋转台左右旋转的第二旋转电机；第二旋转腔与第二立柱的一端相连接，第二立柱的另一端穿过底座并通过第二升降器进行高度调节；
清洗装置包括清洗缸和清洗电机；清洗电机的转动轴上设置有刷头，清洗电机固定在第二支撑臂上；清洗缸设置在底座的侧面；清洗缸的侧面设置有第三升降器，第二支撑臂通过第三升降器进行上下移动，使釜体位于刷头正下方时，刷头可降至釜体内进行旋转清洗。
进一步地，第一支撑柱和第二支撑柱的结构相同，均包括螺纹段、无向旋转段和滚轮；滚轮设置在无向旋转段的底部，无向旋转段的顶部与螺纹段活动连接，使无向旋转段可相对螺纹段轴向旋转。
进一步地，稠化电机通过齿轮组件与釜体可分离式相连；齿轮组件包括相互匹配的主动齿轮盘和从动齿轮盘；主动齿轮盘与稠化电机的转轴相连；从动齿轮盘套设在釜体的外壁上。
进一步地，第三肢臂的末端止于固定腔内，并通过固定腔上的插销固定于固定腔内；固定腔通过第三立柱与底座固定连接。
进一步地，供电刷固定在第一肢臂上。
进一步地，稠化电机通过第一支撑臂与底座固定连接；第一支撑臂为多段可拆分式，拆分处通过螺钉固定。
进一步地，清洗缸内设置有滤网。
进一步地，清洗缸的侧壁上设置有超声波振板。
进一步地，清洗缸的底部设置有V字形斜面，V字形斜面的底部设置有穿出清洗缸的排水口。
本发明的有益效果为：
1、本釜体可以完全密封，进而模拟稠化对象在地下的高压环境，便于获得更真实的稠化数据；同时本稠化性能评价仪在试验结束后可自动进行清洗，有效避免稠化对象凝固在釜体内，便于后续使用。
2、本釜体可以进行电加热，加热温度不需要介质传导，实现远高于水介质加热的加热温度，更符合地下实际环境温度，获得的稠化结果更符合真实情况。
3、本釜体上下均为开口设置，便于稠化对象的排进与排出，方便釜体的清洗，便于二次使用。
4、滤网可以对稠化对象进行拦截，避免稠化对象凝固在清洗缸内，也便于将稠化对象带离清洗缸。
5、超声波振板可以辅助刷头对釜体和底盖清洗，提高清洗效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为支撑柱的结构示意图；
图3为清洗装置的结构示意图。
其中：1、釜体；2、第一轴承外圈；3、内磁体；4、第一龙门架；5、加压密封孔；6、第一支撑柱；7、外磁体；8、顶盖；9、触碰开关；10、指针；11、传感器安装孔；12、第三肢臂；13、插销；14、固定腔；15、第一旋转电机；16、第一旋转腔；17、第一旋转台；18、第一立柱；19、定轴；20、第一肢臂；21、第三立柱；22、第二肢臂；23、第二旋转电机；24、第二旋转腔；25、第二旋转台；26、第二立柱；27、底座；28、第一升降器；29、第二升降器；30、第一支撑臂；31、螺钉；32、第二支撑柱；33、第二龙门架；34、第二轴承外圈；35、底盖；36、稠化电机；37、主动齿轮盘；38、从动齿轮盘；39、第三轴承外圈；40、桨叶；41、螺纹段；42、无向旋转段；43、滚轮；44、供电刷；45、接电环；46、扭力器；47、清洗缸；48、超声波振板；49、排水口；50、V字形斜面；51、第三升降器；52、滤网；53、刷头；54、清洗电机；55、第二支撑臂。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪包括清洗装置、釜体1、稠化电机36、加热部件、结束测试部件、顶盖8和底盖35；釜体1的上下端均开口设置，釜体1设置于第三轴承内圈中，第三轴承外圈39与第一肢臂20相连，第一肢臂20用于对釜体1进行位置限定；釜体1与稠化电机36可分离式相连并由稠化电机36带动旋转；
顶盖8用于密封釜体1的上端，顶盖8设置于第一轴承内圈中，第一轴承外圈2与第三肢臂12相连，第三肢臂12用于对顶盖8进行位置限定；顶盖8上设置有用于安装传感器的传感器安装孔11和用于对釜体1内部进行加压的加压密封孔5；
底盖35用于密封釜体1的下端，底盖35设置于第二轴承内圈中，第二轴承外圈34与第二肢臂22相连，第二肢臂22用于对底盖35进行位置限定；第二轴承外圈34的底部设置有第二龙门架33，第二龙门架33上设置有用于支撑底盖35的第二支撑柱32；
结束测试部件包括第一轴承外圈2、磁性联轴器和触碰开关9，第一轴承外圈2上设置有第一龙门架4，触碰开关9设置在第一龙门架4上；磁性联轴器的内磁体3活动设置在顶盖8的下表面，使内磁体3可相对顶盖8轴向旋转，内磁体3的下表面与桨叶40相连；磁性联轴器的外磁体7与扭力器46相连，扭力器46设置在第一龙门架4上，外磁体7上设置有用于触发触碰开关9的指针10；第一龙门架4上设置有用于支撑顶盖8的第一支撑柱6；
加热部件包括设置在釜体1上的加热线圈和接电环45，加热线圈与接电环45相连，接电环45与供电刷44滑动连接并通过供电刷44与电源相连；供电刷44固定在第一肢臂20上；供电刷44的末端可以设置金属轮，使供电刷44与接电环45滑动接触，减小摩擦损耗；
第一肢臂20上贯穿有定轴19，定轴19固定在底座27上；第一肢臂20的末端设置有第一旋转台17，第一旋转台17位于第一旋转腔16内，第一旋转腔16上设置有用于带动第一旋转台17左右旋转的第一旋转电机15；第一旋转腔16与第一立柱18的一端相连接，第一立柱18的另一端穿过底座27并通过第一升降器28进行高度调整；
第二肢臂22上贯穿有定轴19，定轴19固定在底座27上；第二肢臂22的末端设置有第二旋转台25，第二旋转台25位于第二旋转腔24内，第二旋转腔24上设置有用于带动第二旋转台25左右旋转的第二旋转电机23；第二旋转腔24与第二立柱26的一端相连接，第二立柱26的另一端穿过底座27并通过第二升降器29进行高度调节；
如图3所示，清洗装置包括清洗缸47和清洗电机54；清洗电机54的转动轴上设置有刷头53，清洗电机54固定在第二支撑臂55上；清洗缸47设置在底座27的侧面；清洗缸47的侧面设置有第三升降器51，第二支撑臂55通过第三升降器51进行上下移动，使釜体1位于刷头53正下方时，刷头53可降至釜体1内进行旋转清洗。
如图2所示，第一支撑柱6和第二支撑柱32的结构相同，均包括螺纹段41、无向旋转段42和滚轮43；滚轮43设置在无向旋转段42的底部，无向旋转段42的顶部与螺纹段41活动连接，使无向旋转段42可相对螺纹段41轴向旋转。
稠化电机36通过齿轮组件与釜体1可分离式相连；齿轮组件包括相互匹配的主动齿轮盘37和从动齿轮盘38；主动齿轮盘37与稠化电机36的转轴相连；从动齿轮盘38套设在釜体1的外壁上。
为了使顶盖8可以拆卸清洗，并为顶盖8提供足够的支撑力，第三肢臂12的末端止于固定腔14内，并通过固定腔14上的插销13固定于固定腔14内；固定腔14通过第三立柱21与底座27固定连接。
为了使稠化电机36可与釜体1完全分离，便于釜体1清洗，稠化电机36通过第一支撑臂30与底座27固定连接；第一支撑臂30为多段可拆分式，拆分处通过螺钉31固定。
清洗缸47内设置有滤网52。清洗缸47的侧壁上设置有超声波振板48。清洗缸47的底部设置有V字形斜面50，V字形斜面50的底部设置有穿出清洗缸47的排水口49。
为了便于拆卸釜体1，第一肢臂20可拆卸地与第一立柱18相固定，固定处可通过螺钉实现可拆卸。同理，为了便于拆卸底盖35，第二肢臂22可拆卸地与第二立柱26相固定，固定处可通过螺钉实现可拆卸。使得顶盖8、釜体1、底盖35和稠化电机36均可以拆离清洗或维修保养。
在需要进行稠化试验时，可以先将第一肢臂20与第一立柱18固定，使接电环45与供电刷44接触，将第二肢臂22与第二立柱26固定，启动第二升降器29使底盖35与釜体1的底部接触，调整第二支撑柱32来支撑底盖35，使底盖35与釜体1压紧，进而实现釜体1底部的密封。
再将第一支撑臂30固定，使稠化电机36与釜体1接触，将稠化对象加入釜体1内，将第三肢臂12插入固定腔14中，并通过插销13将第三肢臂12紧固在固定腔14中，同步启动第一升降器28和第二升降器29使釜体1和底盖35同步靠近顶盖8，并使顶盖8与釜体1接触；此时调整第一支撑柱6使顶盖8与釜体1压紧，进而实现釜体1上端的密封。由于第一支撑柱6和第二支撑柱32设置有滚轮43，因此支撑柱并不妨碍顶盖8和底盖35随釜体1转动。
若需要对釜体1内进行加压，只需将加压设备与加压密封孔5相连，并通过加压密封孔5向釜体1内充气实现加压，加压密封孔5为单通形式，因此撤离加压设备后釜体1内仍会保持压力。若需要对釜体1内进行加热，只需将供电刷44与外部电源接通，即可通过釜体1上的加热线圈对釜体1内部的稠化对象进行加热。若需要实时获取釜体1内的相关数据（包括但不限于温度、压力），则在传感器安装孔11内安装对应的传感器，并通过无线传输方式将数据实时发送出来。
准备工作就绪后，启动稠化电机36，使釜体1按照规定转速旋转，釜体1带动内部的稠化对象旋转，稠化对象向桨叶40施加推动力，桨叶40将推动力传递至内磁体3，内磁体3将推动力传递至外磁体7，外磁体7与扭力器46作用；当稠化对象粘稠至一定时，即外磁体7所获得的推动力大于扭力器46的扭力时，指针10将运动至触碰开关9并触发触碰开关9，此时表示稠化试验结束，记录整个稠化试验的时间，即可获取稠化对象的稠化数据。
试验结束后，可以通过控制器停止稠化电机36运行，启动第一升降器28和第二升降器29同步将釜体1和底盖35向下调整，主动齿轮盘37和从动齿轮盘38自然错位脱离，釜体1和顶盖8之间分离，并通过同步启动第一旋转电机15和第二旋转电机23使釜体1和底盖35同步绕定轴19旋转至清洗缸47的上方，启动第一升降器28和第二升降器29将底盖35和釜体1下降至清洗缸47内，再启动第二升降器29将底盖35与釜体1分离，启动第二旋转电机23将底盖35转离釜体1，使釜体1内的稠化对象从釜体1的底部漏入滤网52中；启动第三升降器51将刷头53降至釜体1内，并启动清洗电机54带动刷头53转动，同时启动超声波振板48，实现对釜体1内部的自动清洗。若需要通过刷头53对底盖35进行清洗，则再次将底盖35旋转至釜体1的正下方即可。
在本发明的具体实施过程中，为了防止偶然触碰造成的误差，触碰开关9需要被持续触碰达到3秒才能算作稠化结束，即触碰开关9需要被持续触碰达到3秒时控制器才能执行后面的稠化电机36、升级电机、旋转电机和清洗电机54的控制。传感器安装孔11中还可以安装转速传感器，并通过转速传感器的数据实时调整稠化电机36的功率，进而维持釜体1的转速处于稠化标准的区间。也可以通过直接检测稠化电机36的实际转速来实时调整稠化电机36的功率，进而维持釜体1的转速。
此外，第一支撑臂30所在的平面与第一肢臂20所在的平面平行设置，并使釜体1中心和稠化电机36中心的连线垂直于该两个平面，该设置方式可以使釜体1接受稠化电机36位于X轴方向的力，进而减小整个仪器的摆动或震动，提高仪器的使用寿命。
接电环45的上下两侧均设置绝缘材质，并在接电环45的环面设置软质橡胶来避免误触电的危险，同时软质橡胶可被供电刷44拨开，供电刷44位于接电环45外的部分均采用绝缘材料包裹，实现供电的同时提高用电安全性。
综上，本发明在实现了釜体1模拟地下压力和温度，使得本稠化性能评价仪测得的稠化时间更接近稠化对象在地下真实环境中的稠化时间，即测量结果更准确，同时还可以实现试验结束马上对釜体1进行清洗，避免稠化对象凝固在釜体1内，便于后续使用。
Claims (8)
1.一种可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，包括清洗装置、釜体（1）、稠化电机（36）、加热部件、结束测试部件、顶盖（8）和底盖（35）；所述釜体（1）的上下端均开口设置，釜体（1）设置于第三轴承内圈中，第三轴承外圈（39）与第一肢臂（20）相连，第一肢臂（20）用于对釜体（1）进行位置限定；所述釜体（1）与稠化电机（36）可分离式相连并由稠化电机（36）带动旋转；
所述顶盖（8）用于密封釜体（1）的上端，顶盖（8）设置于第一轴承内圈中，第一轴承外圈（2）与第三肢臂（12）相连，第三肢臂（12）用于对顶盖（8）进行位置限定；所述顶盖（8）上设置有用于安装传感器的传感器安装孔（11）和用于对釜体（1）内部进行加压的加压密封孔（5）；
所述底盖（35）用于密封釜体（1）的下端，底盖（35）设置于第二轴承内圈中，第二轴承外圈（34）与第二肢臂（22）相连，第二肢臂（22）用于对底盖（35）进行位置限定；第二轴承外圈（34）的底部设置有第二龙门架（33），所述第二龙门架（33）上设置有用于支撑底盖（35）的第二支撑柱（32）；
所述结束测试部件包括第一轴承外圈（2）、磁性联轴器和触碰开关（9），所述第一轴承外圈（2）上设置有第一龙门架（4），所述触碰开关（9）设置在第一龙门架（4）上；磁性联轴器的内磁体（3）活动设置在顶盖（8）的下表面，使内磁体（3）可相对顶盖（8）轴向旋转，内磁体（3）的下表面与桨叶（40）相连；磁性联轴器的外磁体（7）与扭力器（46）相连，扭力器（46）设置在第一龙门架（4）上，外磁体（7）上设置有用于触发触碰开关（9）的指针（10）；所述第一龙门架（4）上设置有用于支撑顶盖（8）的第一支撑柱（6）；
所述加热部件包括设置在釜体（1）上的加热线圈和接电环（45），所述加热线圈与接电环（45）相连，接电环（45）与供电刷（44）滑动连接并通过供电刷（44）与电源相连；所述供电刷（44）固定在第一肢臂（20）上；所述第一肢臂（20）上贯穿有定轴（19），所述定轴（19）固定在底座（27）上；所述第一肢臂（20）的末端设置有第一旋转台（17），所述第一旋转台（17）位于第一旋转腔（16）内，第一旋转腔（16）上设置有用于带动第一旋转台（17）左右旋转的第一旋转电机（15）；第一旋转腔（16）与第一立柱（18）的一端相连接，第一立柱（18）的另一端穿过底座（27）并通过第一升降器（28）进行高度调整；
所述第二肢臂（22）上贯穿有定轴（19），所述定轴（19）固定在底座（27）上；所述第二肢臂（22）的末端设置有第二旋转台（25），所述第二旋转台（25）位于第二旋转腔（24）内，第二旋转腔（24）上设置有用于带动第二旋转台（25）左右旋转的第二旋转电机（23）；第二旋转腔（24）与第二立柱（26）的一端相连接，第二立柱（26）的另一端穿过底座（27）并通过第二升降器（29）进行高度调节；
所述清洗装置包括清洗缸（47）和清洗电机（54）；所述清洗电机（54）的转动轴上设置有刷头（53），清洗电机（54）固定在第二支撑臂（55）上；所述清洗缸（47）设置在底座（27）的侧面；所述清洗缸（47）的侧面设置有第三升降器（51），第二支撑臂（55）通过第三升降器（51）进行上下移动，使釜体（1）位于刷头（53）正下方时，刷头（53）可降至釜体（1）内进行旋转清洗。
2.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述第一支撑柱（6）和第二支撑柱（32）的结构相同，均包括螺纹段（41）、无向旋转段（42）和滚轮（43）；所述滚轮（43）设置在无向旋转段（42）的底部，所述无向旋转段（42）的顶部与螺纹段（41）活动连接，使无向旋转段（42）可相对螺纹段（41）轴向旋转。
3.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述稠化电机（36）通过齿轮组件与釜体（1）可分离式相连；齿轮组件包括相互匹配的主动齿轮盘（37）和从动齿轮盘（38）；所述主动齿轮盘（37）与稠化电机（36）的转轴相连；所述从动齿轮盘（38）套设在釜体（1）的外壁上。
4.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述第三肢臂（12）的末端止于固定腔（14）内，并通过固定腔（14）上的插销（13）固定于固定腔（14）内；所述固定腔（14）通过第三立柱（21）与底座（27）固定连接。
5.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述稠化电机（36）通过第一支撑臂（30）与底座（27）固定连接；第一支撑臂（30）为多段可拆分式，拆分处通过螺钉（31）固定。
6.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述清洗缸（47）内设置有滤网（52）。
7.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述清洗缸（47）的侧壁上设置有超声波振板（48）。
8.根据权利要求1所述的可自动清洗的钻井堵漏材料稠化性能评价仪，其特征在于，所述清洗缸（47）的底部设置有V字形斜面（50），V字形斜面（50）的底部设置有穿出清洗缸（47）的排水口（49）。
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