CN116983865A - 实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置及方法，涉及勘探领域，其包括底座，底座上设置有侧壁，侧壁的上端可拆卸地设置有顶盖，底座、侧壁和顶盖形成密封腔室；底座上设置有旋转支撑台，旋转支撑台上可拆卸地设置有浆杯，浆杯内设置有搅拌轴，搅拌轴上设置有叶片；搅拌轴的顶端通过球头连接器与螺纹杆相连，使搅拌轴可相对螺纹杆转动；搅拌轴的上端设置有第二齿轮；螺纹杆上设置有第二限位台；浆杯内表面设置有用于驱动第二齿轮的内齿轮环；浆杯外表面设置有外齿轮环。本发明解决了现有的稠化装置在进行稠化过程中稠化不均匀，且容易卡住固体颗粒影响稠化进程的问题。

Description

实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置及方法

技术领域

本发明涉及勘探领域，具体涉及一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置及方法。

背景技术

恶性漏失在钻完井工程中频发，流动性良好的固化堵漏材料不依赖裂缝宽度实现对各尺度裂缝的封堵，可以提高封堵承压能力，适用于恶性漏失地层及储层段漏失控制。由于固化堵漏材料在使用时需要现场配置，且配置后需要通过钻杆导入到储层，若固化堵漏材料在钻杆中就固化，将堵塞钻杆，造成严重损失。若固化堵漏材料的固化时间太长，则难以实现快速堵漏，也将造成损失。因此，为了实现精准且有效的封堵，在实验室对固化堵漏材料进行稠化试验，确定固化堵漏材料的固化时间十分必要。

现有的稠化装置通常采用浆体搅拌器，浆体搅拌器通过电机带动浆杯转动（待稠化对象放置在浆杯内），待稠化对象中插入搅拌杆，搅拌杆与稠度表相连。测试过程中，浆杯以固定的转速（通常为150转每分钟）带动待稠化对象转动，待稠化对象向搅拌杆施加相应的力，使搅拌杆扭转而不360度旋转，进而将搅拌杆所受的力反馈在稠度表上，搅拌杆所受的力随着待稠化对象的稠度增加而增加，即可通过稠度表获取待稠化对象的稠度。

但是现有的稠化方式由于需要通过恒定转速进行稠化试验，若采用高转速，在待稠化对象还未稠化到目标状态时便会对搅拌杆产生较大的力，超出稠度表量程。因此，当浆杯以常规的转速转动时，待稠化对象的初始状态比较稀，使得待稠化对象一开始的转速更低，导致其中的固体颗粒会产生沉淀，使得最终的稠化并不均匀。且由于现有的稠化装置的搅拌杆不自转，使得其与浆杯壁存在速度差，会发生卡滞，严重的会导致稠度表读数快速上升或电机阻力增大而断电自保护，影响稠化进程。

综上所述，现有的稠化装置在进行稠化过程中稠化不均匀，且容易卡住固体颗粒影响稠化进程的弊端。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置及方法解决了现有的稠化装置在进行稠化过程中稠化不均匀，且容易卡住固体颗粒影响稠化进程的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其包括底座，底座上设置有侧壁，侧壁的上端可拆卸地设置有顶盖，底座、侧壁和顶盖形成密封腔室；

底座上设置有旋转支撑台，旋转支撑台上可拆卸地设置有浆杯，浆杯内设置有搅拌轴，搅拌轴上设置有叶片；搅拌轴的顶端通过球头连接器与螺纹杆相连，使搅拌轴可相对螺纹杆转动；搅拌轴的上端设置有第二齿轮；螺纹杆上设置有第二限位台；浆杯内表面设置有用于驱动第二齿轮的内齿轮环；浆杯外表面设置有外齿轮环；

球头连接器包括连接部件和限位部件，连接部件为圆柱体，以使得螺纹杆和搅拌轴在同一轴线上；

侧壁上设置有第一限位台、进液口和出液口；第一限位台上可拆卸地连接有位于浆杯上方的横板；横板上设置有供螺纹杆的前端穿过和滑动的槽体，螺纹杆的前端通过螺帽紧固在横板上；横板上还设置有物料添加窗；槽体的宽度小于第二限位台的直径；

顶盖的下表面设置有电机，电机的转轴上设置有与外齿轮环相匹配的第一齿轮。

进一步地，侧壁的内侧设置有至少三个稳定杆，每个稳定杆的前端均设置有第一滚轮；相邻两个稳定杆之间的夹角为360°/n；n为稳定杆的总数。

进一步地，槽体和搅拌轴的数量均为3，相邻两个槽体之间的夹角为120°，相邻两个搅拌轴之间的夹角为120°。

进一步地，横板上设置有第一安装孔，并由螺栓穿过第一安装孔将横板可拆卸地固定在第一限位台上。

进一步地，当横板固定在第一限位台上时，槽体横跨浆杯的壁面，物料添加窗位于浆杯的正上方。

进一步地，限位部件包括两个半球，两个半球上均设置有第二安装孔，两个半球通过螺栓穿过第二安装孔锁紧实现紧固，两个半球在锁紧后的内部形成有容纳圆柱体的空腔。

进一步地，第二齿轮包括轴承，轴承包括内圈和外圈；轴承的内圈套设在搅拌轴上，轴承的内圈上设置有L型支架，L型支架的前端向下设置有伸缩筒，伸缩筒上套设有弹簧，伸缩筒的下表面设置有第二滚轮；轴承的外圈的圆周面设置为与内齿轮环相匹配的齿轮面；轴承的外圈的上表面设置有容纳第二滚轮的V型槽。

提供一种基于一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置的稠化方法，其包括以下步骤：

S1、将浆杯放置在旋转支撑台上；将螺纹杆和搅拌轴通过球头连接器进行连接，并将螺纹杆穿过横板，通过螺帽将螺纹杆与横板预固定；

S2、将横板固定在第一限位台上，并调整螺纹杆的位置，使第二齿轮与内齿轮环相匹配，通过旋紧螺帽将螺纹杆与横板紧固；

S3、通过物料添加窗向浆杯内添加待稠化物；

S4、将顶盖与侧壁紧固，使第一齿轮与外齿轮环相匹配；

S5、根据加压需求通过进液口向密封腔室内填充加压油液，并施加对应的油压或气压；

S6、启动电机按照设定的转速驱动浆杯转动，并实时获取电机的力矩反馈；

S7、根据电机的力矩反馈获取待稠化物的稠化程度。

进一步地，在将浆杯放置在旋转支撑台上之前，在侧壁内侧设置至少三个稳定杆，使相邻两个稳定杆之间的夹角为360°/n，形成对浆杯的防晃支撑；其中n为稳定杆的总数。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过浆杯带动搅拌轴转动，使搅拌轴上的叶片随之转动，可以将叶片与浆杯壁之间的固体颗粒带出，避免固体颗粒卡住叶片和浆杯，解决固体颗粒影响稠化进程的问题。

2、本发明通过浆杯带动搅拌轴转动，叶片也参与到待稠化对象的搅拌中，进而使得在浆杯转速不变的情况下，提高待稠化对象的运动速度，使得待稠化对象的均匀度更好，有效避免固体颗粒沉淀。

3、本发明将待稠化对象球头连接器的连接部件设置为圆柱体，使得螺纹杆和搅拌轴在同一轴线上，可以保证搅拌轴相对螺纹杆轴向转动时，避免第二齿轮与内齿轮环脱钩，还可以维持叶片的稳定性，避免晃动或与浆杯产生碰撞。

4、槽体可以供螺纹杆的前端穿过和滑动，使得螺纹杆可以在槽体靠内侧的位置穿过，并水平移动位置，便于第二齿轮与内齿轮环的啮合调整。

5、稳定杆的设置可以对浆杯进行水平方向的限位，第一滚轮可以在浆杯的表面滑动，进而在不影响浆杯自转的情况下，形成对浆杯的防晃支撑。

6、横板固定在第一限位台上时，槽体横跨浆杯的侧壁，便于观察第二齿轮与内齿轮环的啮合情况，保证叶片对待稠化对象的搅动效果。

7、限位部件设置为两个半球，可以实现快速拆卸和安装，便于拆卸清洗搅拌轴和叶片。

8、本发明通过电机的力矩反馈来获取待稠化物的稠化程度，相比与机械式的稠化表灵敏度更高，数据获取更快捷。

9、本发明将第二齿轮设计为分体式，并通过L型支架、伸缩筒、弹簧、V型槽形成限力器，可以在搅拌轴与叶片构成的搅拌器旋转所受的阻力大到一定程度后，使伸缩筒的下端被挤出V型槽，进而将浆杯与搅拌轴的连接断开，避免在待稠化物稠化至一定程度后，搅拌器因所受阻力变大而损坏，也避免搅拌器破坏稠化后的物体。

附图说明

图1为本稠化装置的结构示意图；

图2为顶盖的俯视图；

图3为螺纹杆与搅拌轴通过球头连接器连接的示意图；

图4为稳定杆的结构示意图；

图5为圆柱体的结构示意图；

图6为半球的结构示意图；

图7为轴承处的部分结构示意图；

图8为限力器的部分结构示意图。

其中：1、底座；2、侧壁；3、顶盖；4、浆杯；5、电机；6、搅拌轴；7、叶片；8、第二齿轮；9、横板；10、内齿轮环；11、第一限位台；12、螺纹杆；13、第一齿轮；14、外齿轮环；15、旋转支撑台；16、进液口；17、出液口；18、稳定杆；19、槽体；20、螺帽；21、第一安装孔；22、第二限位台；23、球头连接器；24、第一滚轮；25、圆柱体；26、半球；27、第二安装孔；28、物料添加窗；29、外圈；30、内圈；31、V型槽；32、L型支架；33、伸缩筒；34、弹簧；35、第二滚轮。

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、图2和图3所示，该实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置包括底座1，底座1上设置有侧壁2，侧壁2的上端可拆卸地设置有顶盖3，底座1、侧壁2和顶盖3形成密封腔室；

底座1上设置有旋转支撑台15，旋转支撑台15上可拆卸地设置有浆杯4，浆杯4内设置有搅拌轴6，搅拌轴6上设置有叶片7；搅拌轴6的顶端通过球头连接器23与螺纹杆12相连，使搅拌轴6可相对螺纹杆12转动；搅拌轴6的上端设置有第二齿轮8；螺纹杆12上设置有第二限位台22；浆杯4内表面设置有用于驱动第二齿轮8的内齿轮环10；浆杯4外表面设置有外齿轮环14；

球头连接器23包括连接部件和限位部件，如图5所示，连接部件为圆柱体25，以使得螺纹杆12和搅拌轴6在同一轴线上；

侧壁2上设置有第一限位台11、进液口16和出液口17；第一限位台11上可拆卸地连接有位于浆杯4上方的横板9；横板9上设置有供螺纹杆12的前端穿过和滑动的槽体19，螺纹杆12的前端通过螺帽20紧固在横板9上；横板9上还设置有物料添加窗28；槽体19的宽度小于第二限位台22的直径；

顶盖3的下表面设置有电机5，电机5的转轴上设置有与外齿轮环14相匹配的第一齿轮13。

侧壁2的内侧设置有至少三个稳定杆18，如图4所示，每个稳定杆18的前端均设置有第一滚轮24；相邻两个稳定杆18之间的夹角为360°/n；n为稳定杆18的总数。

槽体19和搅拌轴6的数量均为3，相邻两个槽体19之间的夹角为120°，相邻两个搅拌轴6之间的夹角为120°。

横板9上设置有第一安装孔21，并由螺栓穿过第一安装孔21将横板9可拆卸地固定在第一限位台11上。

当横板9固定在第一限位台11上时，槽体19横跨浆杯4的壁面，物料添加窗28位于浆杯4的正上方。

限位部件包括两个半球26，如图6所示，两个半球26上均设置有第二安装孔27，两个半球26通过螺栓穿过第二安装孔27锁紧实现紧固，两个半球26在锁紧后的内部形成有容纳圆柱体25的空腔。

该基于一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置的稠化方法包括以下步骤：

S1、将浆杯4放置在旋转支撑台15上；将螺纹杆12和搅拌轴6通过球头连接器23进行连接，并将螺纹杆12穿过横板9，通过螺帽20将螺纹杆12与横板9预固定；

S2、将横板9固定在第一限位台11上，并调整螺纹杆12的位置，使第二齿轮8与内齿轮环10相匹配，通过旋紧螺帽20将螺纹杆12与横板9紧固；

S3、通过物料添加窗28向浆杯4内添加待稠化物；

S4、将顶盖3与侧壁2紧固，使第一齿轮13与外齿轮环14相匹配；

S5、根据加压需求通过进液口16向密封腔室内填充加压油液，并施加对应的油压或气压；

S6、启动电机5按照设定的转速驱动浆杯4转动，并实时获取电机5的力矩反馈；

S7、根据电机5的力矩反馈获取待稠化物的稠化程度。

在本发明的一个实施例中，在将浆杯4放置在旋转支撑台15上之前，在侧壁2内侧设置至少三个稳定杆18，使相邻两个稳定杆18之间的夹角为360°/n，形成对浆杯4的防晃支撑；其中n为稳定杆18的总数。

在本发明的一个实施例中，若需要对待稠化物进行井下温度模拟，只需要添加和现有的稠化装置相同的加热设备即可。

在本发明的一个实施例中，随着时间的增长，待稠化物的粘稠程度会增加，当待稠化物稠化到一定程度时，已不会产生固体颗粒沉降，且待稠化物对由搅拌轴6与叶片7构成的搅拌器的阻力也会增大，此时若搅拌器还由浆杯4带着转动，可能会损坏叶片7，同时也可能会对稠化进程形成负面影响，因此，如图7和图8所示，本实施例中第二齿轮8包括轴承，轴承包括内圈30和外圈29；轴承的内圈30套设在搅拌轴6上，轴承的内圈30上设置有L型支架32，L型支架32的前端向下设置有伸缩筒33，伸缩筒33上套设有弹簧34，伸缩筒33的下表面设置有第二滚轮35；轴承的外圈29的圆周面设置为与内齿轮环10相匹配的齿轮面；轴承的外圈29的上表面设置有容纳第二滚轮35的V型槽31。

在本实施例中，弹簧34设置在L型支架32与伸缩筒33之间，给予伸缩筒33向下的推力，将第二滚轮35推至V型槽31中。弹簧34的弹力越大，第二滚轮35脱离V型槽31所需要的力也就越大。当搅拌轴6所受的阻力大于等于第二滚轮35脱离V型槽31所需要的力时，第二滚轮35将相对V型槽31移动，进而压缩弹簧34。当第二滚轮35完全离开V型槽31时，第二滚轮35将在轴承的外圈29的上表面滚动（主要为外圈29绕搅拌轴6转动），此时轴承的外圈29与内圈30形成相对运动，浆杯4不再通过第二齿轮8带动搅拌轴6转动，叶片7相对待稠化物的转速也会降低，进而可以保护叶片7不会损坏，同时也保证叶片7不会因持续转动破坏待稠化物的稠化进程。类似的，当搅拌轴6所受的阻力小于第二滚轮35脱离V型槽31所需要的力时，轴承的外圈29与内圈30近乎于相对静止，两者同时旋转，浆杯4通过第二齿轮8带动搅拌轴6旋转。

因此，在本实施例中，L型支架、伸缩筒、弹簧、V型槽形成限力器，通过调整弹簧34的弹力，可以调整第二齿轮8中外圈29与内圈30相对旋转的时机，即调整叶片7不再搅拌待稠化物的时机。当叶片7不再搅拌待稠化物时，本稠化装置和传统稠化装置类似，均只通过浆杯4带动待稠化物旋转，叶片7仅承受待稠化物旋转所形成的扭力。

在本发明的一个实施例中，若需要对本稠化装置进行校准，可以采用本稠化装置对已知稠化时间的稠化物进行稠化，分别稠化不同的时间，将当前的稠化状态记为a，对应的稠化时间为t。将稠化不同时间后的稠化物采用现有标准进行稠化程度测量，获取对应的稠化状态b。统计两种稠化方式之间的时间间隔，基于已知稠化时间获取时间间隔下该稠化物的稠化状态变化值x，即可通过a=b-x获取a的具体数值。通过上述方式进行多次稠化，即可得到多组稠化状态a和稠化时间t，通过数值拟合，即可得到本稠化装置对应的该稠化物在不同稠化时间下的稠化状态。将本稠化装置对应的该稠化物在不同稠化时间下的稠化状态与现有标准下该稠化物在不同稠化时间下的稠化状态进行对比，即可获取本稠化装置与现有标准之间的校准数值。

在本发明的一个实施例中，可以选择使用具有高度差的圆弧边缘扇叶做叶片7，一方面具有高度差可以更好实现底层浆体的有效搅拌；另一方面，圆弧边缘扇叶结构可以减少与浆杯4的接触，降低固体颗粒进入叶片7与浆杯4杯壁的可能性。

在本发明的一个实施例中，当电机5反馈的力矩达到一定值时，判定待稠化物达到相应的稠化状态，此时可以关闭电机5，撤去压力，放出油液，待温度降低后，打开顶盖3同时取出电机5；若搅拌轴6能在待稠化物中横向移动，则可以先拧松螺帽20，在槽体19中横向移动螺纹杆12，使第二齿轮8与内齿轮环10脱离，再拆卸横板9，整体取出横板9和搅拌轴6，再完全拆卸掉螺帽20。若搅拌轴6不能在待稠化物中横向移动，则可以先完全拆卸掉螺帽20，再拆卸横板9，最后取出浆杯4和搅拌轴6。

在本发明的一个实施例中，内齿轮环10高于待稠化物的上表面，避免待稠化物影响第二齿轮8与内齿轮环10的啮合。

在本发明的一个实施例中，拧松螺帽20是指螺帽20与第二限位台22之间的间距大于横板9的厚度，且螺帽20仍在螺纹杆12上。将螺纹杆12与横板9紧固是指将横板9卡在螺帽20与第二限位台22之间，使螺纹杆12与横板9的相对位置固定。

综上所述，本发明解决了现有的稠化装置在进行稠化过程中稠化不均匀，且容易卡住固体颗粒影响稠化进程的问题。

Claims (9)

1.一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，包括底座（1），底座（1）上设置有侧壁（2），侧壁（2）的上端可拆卸地设置有顶盖（3），底座（1）、侧壁（2）和顶盖（3）形成密封腔室；

底座（1）上设置有旋转支撑台（15），旋转支撑台（15）上可拆卸地设置有浆杯（4），浆杯（4）内设置有搅拌轴（6），搅拌轴（6）上设置有叶片（7）；搅拌轴（6）的顶端通过球头连接器（23）与螺纹杆（12）相连，使搅拌轴（6）可相对螺纹杆（12）转动；搅拌轴（6）的上端设置有第二齿轮（8）；螺纹杆（12）上设置有第二限位台（22）；浆杯（4）内表面设置有用于驱动第二齿轮（8）的内齿轮环（10）；浆杯（4）外表面设置有外齿轮环（14）；

球头连接器（23）包括连接部件和限位部件，连接部件为圆柱体（25），以使得螺纹杆（12）和搅拌轴（6）在同一轴线上；

侧壁（2）上设置有第一限位台（11）、进液口（16）和出液口（17）；第一限位台（11）上可拆卸地连接有位于浆杯（4）上方的横板（9）；横板（9）上设置有供螺纹杆（12）的前端穿过和滑动的槽体（19），螺纹杆（12）的前端通过螺帽（20）紧固在横板（9）上；横板（9）上还设置有物料添加窗（28）；槽体（19）的宽度小于第二限位台（22）的直径；

顶盖（3）的下表面设置有电机（5），电机（5）的转轴上设置有与外齿轮环（14）相匹配的第一齿轮（13）。

2.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，侧壁（2）的内侧设置有至少三个稳定杆（18），每个稳定杆（18）的前端均设置有第一滚轮（24）；相邻两个稳定杆（18）之间的夹角为360°/n；n为稳定杆（18）的总数。

3.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，槽体（19）和搅拌轴（6）的数量均为3，相邻两个槽体（19）之间的夹角为120°，相邻两个搅拌轴（6）之间的夹角为120°。

4.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，横板（9）上设置有第一安装孔（21），并由螺栓穿过第一安装孔（21）将横板（9）可拆卸地固定在第一限位台（11）上。

5.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，当横板（9）固定在第一限位台（11）上时，槽体（19）横跨浆杯（4）的壁面，物料添加窗（28）位于浆杯（4）的正上方。

6.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，限位部件包括两个半球（26），两个半球（26）上均设置有第二安装孔（27），两个半球（26）通过螺栓穿过第二安装孔（27）锁紧实现紧固，两个半球（26）在锁紧后的内部形成有容纳圆柱体（25）的空腔。

7.根据权利要求1所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置，其特征在于，第二齿轮（8）包括轴承，轴承包括内圈（30）和外圈（29）；轴承的内圈（30）套设在搅拌轴（6）上，轴承的内圈（30）上设置有L型支架（32），L型支架（32）的前端向下设置有伸缩筒（33），伸缩筒（33）上套设有弹簧（34），伸缩筒（33）的下表面设置有第二滚轮（35）；轴承的外圈（29）的圆周面设置为与内齿轮环（10）相匹配的齿轮面；轴承的外圈（29）的上表面设置有容纳第二滚轮（35）的V型槽（31）。

8.一种基于权利要求1~7任一所述的一种实现液体和颗粒固化堵漏材料均匀固化的稠化装置的稠化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将浆杯（4）放置在旋转支撑台（15）上；将螺纹杆（12）和搅拌轴（6）通过球头连接器（23）进行连接，并将螺纹杆（12）穿过横板（9），通过螺帽（20）将螺纹杆（12）与横板（9）预固定；

S2、将横板（9）固定在第一限位台（11）上，并调整螺纹杆（12）的位置，使第二齿轮（8）与内齿轮环（10）相匹配，通过旋紧螺帽（20）将螺纹杆（12）与横板（9）紧固；

S3、通过物料添加窗（28）向浆杯（4）内添加待稠化物；

S4、将顶盖（3）与侧壁（2）紧固，使第一齿轮（13）与外齿轮环（14）相匹配；

S5、根据加压需求通过进液口（16）向密封腔室内填充加压油液，并施加对应的油压或气压；

S6、启动电机（5）按照设定的转速驱动浆杯（4）转动，并实时获取电机（5）的力矩反馈；

S7、根据电机（5）的力矩反馈获取待稠化物的稠化程度。

9.根据权利要求8所述的稠化方法，其特征在于，在将浆杯（4）放置在旋转支撑台（15）上之前，在侧壁（2）内侧设置至少三个稳定杆（18），使相邻两个稳定杆（18）之间的夹角为360°/n，形成对浆杯（4）的防晃支撑；其中n为稳定杆（18）的总数。