CN206504996U - 一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，涉及油气井工程中工作液漏失控制领域。包括：恒温液槽；加热电阻丝；地层流体；支架；支架平台；下平板，上端与堵漏材料相连；上平板，上端与砝码相连；砝码；细钢丝，一端与传动杆相连，另一端从恒温液槽右上小孔穿出，与上平板相连；平台；直线滑动导轨，上端与牵引支架相连；牵引支架，上端与传动杆相连；传动杆，一端与细钢丝相连，另一端与电动机相连；电动机；数据线；计算机，与数据线相连。本实用新型的测量装置可以有效堵漏材料摩擦系数测量，仪器自动化程度高、可重复性强，能够模拟实际摩擦条件下的地层高温与流体环境，可以为钻井过程中堵漏材料的筛选提供参考依据。
Description
技术领域
本实用新型属于石油与天然气行业钻井完井过程中工作液漏失控制领域，尤其涉及一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置。
背景技术
随着全球油气资源的勘探开发逐步走向深部、非常规和处于开发中后期的衰竭地层，井下复杂事故控制、安全高效钻井和储层保护都对工作液漏失控制提出了更高的要求。使用颗粒、纤维等堵漏材料封堵漏失通道，是储层段工作液漏失控制的主要方法，也是非储层段地层工作液漏失控制最常用的方法之一。
堵漏材料表面摩擦系数对工作液漏失控制效果起着重要的影响，是堵漏材料选择的主要依据。因此，设计模拟地层高温与流体环境的堵漏材料表面摩擦系数测量装置，对工作液漏失控制、安全高效钻井和储层保护有重要的意义。
但目前堵漏材料摩擦系数测量方面尚存在以下不足：(1)不能模拟实际摩擦条件下的地层高温与流体环境；(2)缺少堵漏材料表面摩擦系数的有效测量装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种可有效模拟地层条件的钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，为钻井过程中堵漏材料选择提供指导。
为实现上述目的，本实用新型一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置的具体技术方案如下：
一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于，包括恒温液槽、加热电阻丝、地层流体、支架、支架平台、下平板、堵漏材料、上平板、砝码、细钢丝、平台、直线滑动导轨、牵引支架、传动杆、电动机、数据线、计算机，所述的加热电阻丝位于恒温液槽底部，所述的地层流体装于恒温液槽内，所述的支架下端与恒温液槽底面相连，上端与支架平台相连，所述的支架平台上端与下平板相连，所述的下平板上端与堵漏材料相连，所述的上平板上端与砝码相连，所述的砝码位于上平板之上，所述的细钢丝一端与传动杆相连，另一端从恒温液槽右上小孔穿出，与上平板相连，所述的直线滑动导轨下端与平台相连，上端与牵引支架相连，所述的牵引支架上端与传动杆相连，所述的传动杆一端与细钢丝相连，另一端与电动机相连，所述的电动机位于平台之上，所述的数据线一端与计算机相连，另一端与加热电阻丝相连，所述的计算机与数据线相连。
所述恒温液槽材料为45号Cr调质钢，长200mm，宽100mm，高80mm。
所述加热电阻丝材料为铁铬铝合金，温度调节范围为常温～120℃。
所述地层流体包括水基钻井液、油基钻井液、地层水、酸液、碱液等。
所述支架焊接在恒温液槽底部，用于固定黏结堵漏材料的不锈钢平板，其高度可通过紧固螺栓调节。
所述封堵材料采用黏结剂将干燥处理后的堵漏材料均匀粘在平板上。
所述直线滑动导轨用于约束牵引支架的运动轨迹，使得动力模块提供的拉力保持在同一水平直线上，行程为0～200mm。
所述传动杆通过螺纹与牵引支架连接，通过其表面螺纹带动牵引支架沿直线滑动导轨带动上摩擦板做匀速直线运动。
所述电动机为直流同步电机，电压调节范围为0～30V，最大转速为100r/min。
所述计算机内置数据记录软件，可同时监测样品运动过程中的、位移、速度、温度、时间等参数，并能生成直观的数据监测曲线。还可实现实时数据查询、曲线颜色变换、归零、仪器标定等功能。当实验结束时，点击保存按钮可实现原始数据txt格式存档，以便下一步数据处理
与现有技术相比，本实用新型的钻井堵漏材料摩擦系数测量装置具有以下优势：
(1)该装置适用堵漏材料类型广泛，球形、片状、纤维等类型堵漏材料均适用，不仅可以测量单一类型堵漏材料摩擦系数，也可以测量不同类型堵漏材料之间，以及不同类型堵漏材料复配后的摩擦系数。
(2)能够模拟实际摩擦条件下的地层高温与流体环境。该堵漏材料摩擦系数测量装置实验温度可达120℃。可模拟钻井液、地层水、酸液、碱液等地层流体环境。
(3)测量装置自动化程度高。由计算机、位移传感器、速度传感器和拉力传感器组成的数据采集模块，具有记录数据准确、快速、自动化程度高的特点。
附图说明
图1是本实用新型实施提供的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置结构示意图；
符号说明：
恒温液槽1、加热电阻丝2、地层流体3、支架4、支架平台5、下平板6、堵漏材料7、上平板8、砝码9、细钢丝10、平台11、直线滑动导轨12、牵引支架13、传动杆14、电动机15、数据线16、计算机17。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的作进一步说明：
如图1所示，本实用新型一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，包括恒温液槽(1)、加热电阻丝(2)、地层流体(3)、支架(4)、支架平台(5)、下平板(6)、堵漏材料(7)、上平板(8)、砝码(9)、细钢丝(10)、平台(11)、直线滑动导轨(12)、牵引支架(13)、传动杆(14)、电动机(15)、数据线(16)、计算机(17)，所述的加热电阻丝(2)位于恒温液槽(1)底部，所述的地层流体(3)装于恒温液槽(1)内，所述的支架(4)下端与恒温液槽(1)底面相连，上端与支架平台(5)相连，所述的支架平台(5)上端与下平板(6)相连，所述的下平板(6)上端与堵漏材料(7)相连，所述的上平板(8)上端与砝码相连，所述的砝码(9)位于上平板之(8)上，所述的细钢丝(10)一端与传动杆(14)相连，另一端从恒温液槽(1)右上小孔穿出，与上平板(9)相连，所述的直线滑动导轨(12)下端与平台(11)相连，上端与牵引支架(13)相连，所述的牵引支架(13)上端与传动杆(14)相连，所述的传动杆(14)一端与细钢丝(11)相连，另一端与电动机(15)相连，所述的电动机(15)位于平台(11)之上，所述的数据线(16)一端与计算机(17)相连，另一端与加热电阻丝(2)相连，所述的计算机(17)与数据线(16)相连。
所述恒温液槽(1)材料为45号Cr调质钢，长200mm，宽100mm，高80mm。
所述加热电阻丝(2)材料为铁铬铝合金，温度调节范围为常温～120℃。
所述地层流体(3)包括水基钻井液、油基钻井液、地层水、酸液、碱液等。
所述支架(4)焊接在恒温液槽底部，用于固定黏结堵漏材料的不锈钢平板，其高度可通过紧固螺栓调节。
所述封堵材料(7)采用黏结剂将干燥处理后的堵漏材料均匀粘在平板上。
所述直线滑动导轨(12)用于约束牵引支架的运动轨迹，使得动力模块提供的拉力保持在同一水平直线上，行程为0～200mm。
所述传动杆(14)通过螺纹与牵引支架连接，通过其表面螺纹带动牵引支架沿直线滑动导轨带动上摩擦板做匀速直线运动。
所述电动机(15)为直流同步电机，电压调节范围为0～30V，最大转速为100r/min。
所述计算机(17)内置数据记录软件，可同时监测样品运动过程中的、位移、速度、温度、时间等参数，并能生成直观的数据监测曲线。
本实用新型使用时，首先，将需要测试的堵漏材料(7)烘干，制备堵漏材料摩擦板，采用黏结剂将干燥处理后的堵漏材料均匀粘在平板上；然后，下平板(6)制备好后固定在位于恒温液槽(1)中的支架(4)上，保持粘有堵漏材料一面朝上。粘有堵漏材料的上平板(8)称重后平放在下平板(6)最左端，砝码(9)轻放在上平板(8)中心位置并固定；进一步，向恒温液槽(1)内缓慢注入实际摩擦条件时对应的井下流体(钻井液、地层水、完井液等)，保证液面刚好没过摩擦接触面；进一步，给恒温液槽(1)加温至实际摩擦条件对应的地层温度并保持恒定；进一步，将上平板(8)与牵引支架(13)相连，控制其移动速率在(4.0～5.0)mm/min；进一步，当上平板(8)滑动至下平板(6)右边界时停止实验，保存数据。最后，根据得到的摩擦力(Ff)数据，采用公式(1)计算摩擦系数。每组实验重复三次，取三次实验获得的摩擦系数平均值。
式中，μf—堵漏材料摩擦系数，无量纲；
Ff—拉力值，即摩擦力，N；
WN—堵漏材料与上平板质量，Kg。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于，包括恒温液槽(1)、加热电阻丝(2)、地层流体(3)、支架(4)、支架平台(5)、下平板(6)、堵漏材料(7)、上平板(8)、砝码(9)、细钢丝(10)、平台(11)、直线滑动导轨(12)、牵引支架(13)、传动杆(14)、电动机(15)、数据线(16)、计算机(17)，所述的加热电阻丝(2)位于恒温液槽(1)底部，所述的地层流体(3)装于恒温液槽(1)内，所述的支架(4)下端与恒温液槽(1)底面相连，上端与支架平台(5)相连，所述的支架平台(5)上端与下平板(6)相连，所述的下平板(6)上端与堵漏材料(7)相连，所述的上平板(8)上端与砝码相连，所述的砝码(9)位于上平板(8)上，所述的细钢丝(10)一端与传动杆(14)相连，另一端从恒温液槽(1)右上小孔穿出，与上平板(8)相连，所述的直线滑动导轨(12)下端与平台(11)相连，上端与牵引支架(13)相连，所述的牵引支架(13)上端与传动杆(14)相连，所述的传动杆(14)一端与细钢丝(10)相连，另一端与电动机(15)相连，所述的电动机(15)位于平台(11)之上，所述的数据线(16)一端与计算机(17)相连，另一端与加热电阻丝(2)相连，所述的计算机(17)与数据线(16)相连。
2.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述恒温液槽(1)材料为45号Cr调质钢，长200mm，宽100mm，高80mm。
3.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述加热电阻丝(2)材料为铁铬铝合金，温度调节范围为常温～120℃。
4.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述支架(4)焊接在恒温液槽底部，用于固定黏结堵漏材料的不锈钢平板，其高度可通过紧固螺栓调节。
5.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述堵漏材料(7)采用黏结剂将干燥处理后的堵漏材料均匀粘在平板上。
6.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述直线滑动导轨(12)用于约束牵引支架的运动轨迹，使得动力模块提供的拉力保持在同一水平直线上，行程为0～200mm。
7.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述传动杆(14)通过螺纹与牵引支架连接，通过其表面螺纹带动牵引支架沿直线滑动导轨带动上摩擦板做匀速直线运动。
8.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述电动机(15)为直流同步电机，电压调节范围为0～30V，最大转速为100r/min。
9.如权利要求1所述的一种钻井堵漏材料摩擦系数测量装置，其特征在于：所述计算机(17)内置数据记录软件，可同时监测样品运动过程中的位移、速度以及时间，并能生成直观的数据监测曲线。
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