CN207832601U - 一种中空微珠抗研磨测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种中空微珠抗研磨测试实验装置，属于钻井实验设备领域。该装置包括釜体、旋转系统、接触压力加载系统、流体灌注系统、流体收集系统；在所述釜体内开有与其同轴线的中心通孔；在所述釜体的内壁上开有凹槽，所述凹槽与中心通孔连通；所述旋转系统包括旋转轴，其插入到所述釜体的中心通孔内；所述接触压力加载系统位于釜体的外部，并与所述旋转轴连接，为旋转轴提供径向力使旋转轴靠近或者远离所述凹槽；所述流体灌注系统、流体收集系统分别通过管路与釜体的中心通孔连通。利用该装置可对低密度减轻剂是否适用于井下条件做出较为科学的评价,从而促进低密度钻井液工艺技术的发展。

Description

一种中空微珠抗研磨测试实验装置

技术领域

本实用新型属于钻井实验设备领域，具体涉及一种中空微珠抗研磨测试实验装置，用于进行钻井液用低密度中空微珠抗研磨性能的测试。

背景技术

中空微珠因其具有低密度的特点常用来配制低密度固井水泥浆和低密度钻井液，钻井过程中低密度钻井液经由钻头水眼在高压高速状态下喷射在井底岩石上，然后通过钻杆与套管或地层间的环空返回地面，由于钻具经常与套管发生接触摩擦，要求中空微珠具有一定的抗研磨能力来保证钻井液的稳定性，目前测试研磨能力的方法多采用磨粒磨损实验来确定。由于中空微珠密度较低和实验条件的局限性，使用该测试方法难以确定它在井底高压状态下钻具间的抗研磨能力，具有一定的局限性，同时测试钻井液中的中空微珠在高压状态下抗研磨能力的方法和装置未见有相关研究和报告，属国内空白。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种中空微珠抗研磨测试实验装置，可模拟高压条件下中空微珠在钻具与套管之间的摩擦，实现对钻井液流体中的中空微珠抗研磨能力的评价，通过分析确定中空微珠的破碎情况，可对中空微珠的抗研磨能力能否满足现场应用做出科学的评价,促进低密度钻井液工艺技术的进一步发展，因此该设备也将具有广阔的市场前景。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种中空微珠抗研磨测试实验装置，包括釜体、旋转系统、接触压力加载系统、流体灌注系统、流体收集系统；

在所述釜体内开有与其同轴线的中心通孔；在所述釜体的内壁上开有凹槽，所述凹槽与中心通孔连通；

所述旋转系统包括旋转轴，其插入到所述釜体的中心通孔内；

所述接触压力加载系统位于釜体的外部，并与所述旋转轴连接，为旋转轴提供径向力使旋转轴靠近或者远离所述凹槽；

所述流体灌注系统、流体收集系统分别通过管路与釜体的中心通孔连通。

所述釜体采用高压耐腐蚀釜体，包括高压耐腐蚀釜体外壳和连接在高压耐腐蚀釜体外壳两端的端盖；

在所述高压耐腐蚀釜体外壳的内壁上开有所述凹槽，在该凹槽中固定安装套筒或者磨具。

在两个所述端盖上均开有中心通孔，旋转轴的两端分别从两个端盖伸出到釜体的外部；

在所述端盖的中心通孔的内壁上安装有动密封圈。

在一个所述端盖上设有排液口，排液口的一端通过位于釜体外部的排液管线与流体收集系统连接，另一端与所述釜体的中心通孔连通；

在另一个所述端盖上设有钻井液灌注口，其一端通过位于釜体外部的灌注管线与流体灌注系统连接，另一端与所述釜体的中心通孔连通。

所述接触压力加载系统包括加载电机，在旋转轴位于釜体外部的一端连接一个加载电机，或者在旋转轴位于釜体外部的两端分别连接一个加载电机；

所述加载电机带动旋转轴沿其径向移动，靠近或者远离釜体内的所述凹槽。

所述流体灌注系统包括储液罐、增压泵；

所述储液罐与增压泵的入口连接，增压泵的出口通过灌注管线与端盖上的钻井液灌注口连接；

在所述灌注管线上设置有溢流阀；

在所述储液罐内装有含有中空微珠的流体。

所述流体收集系统包括集液罐，所述集液罐通过排液管线与端盖上的排液口连接。

所述旋转系统包括旋转电机、连接器、转速调节器；

所述旋转电机与转速调节器连接，转速调节器通过连接器与旋转轴的一端连接。

在所述旋转轴上固定安装有摩擦件，所述摩擦件为套筒结构，其与旋转轴同轴线设置，随旋转轴一同旋转。

所述套管的横截面形状为半圆环，其固定安装在釜体内的凹槽中，并与所述旋转轴同轴线设置；

所述磨具的固定安装在釜体内的凹槽中，下部位于釜体的中心通孔内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型实现了模拟钻井液在井底高压情况下，含有中空微珠的钻井液处于钻具和套管或地层岩石之间摩擦环境中，通过对比研磨实验前后密度的变化分析确定中空微珠破碎情况和抗研磨能力，确定中空微珠与在某一高压条件下的适用情况，可对低密度减轻剂是否适用于井下条件做出较为科学的评价,从而促进低密度钻井液工艺技术的发展。

附图说明

图1本实用新型中空微珠抗研磨测试实验装置的结构示意图

图2本实用新型中空微珠抗研磨测试实验装置中的研磨测试系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种中空微珠抗研磨测试实验装置，将含中空微珠的钻井液流体注入高压抗腐蚀釜体，浸泡在钻具与套管间，用加载系统使钻具和磨具紧密接触在一起，在一定载荷下进行中空微珠抗研磨测试，至实验设定时间，实验结束后通过测量对比磨损前后钻井液密度的变化，确定中空微珠的抗研磨能力。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本实用新型涉及一种测试中空微珠抗研磨能力的实验装置。中空微珠是通过中空结构来实现降低材料密度的目的，该材料常被用于降低流体的密度，保持中空微珠中空结构的稳定性对于稳定流体密度至关重要，本实用新型可用于测试评价中空微珠结构是否满足于井下挤压摩擦环境。

本装置包括高压耐腐蚀釜体、旋转系统、接触压力加载系统4、储液罐1、流体灌注系统2、集液罐10等。

其中，高压耐腐蚀釜体为中空结构，由耐酸碱、抗压性好的高强度合金制成，可模拟15MPa的地层环境摩擦载荷8MPa下的中空微珠抗研磨性能。为实验提供测试环境，包括高压耐腐蚀釜体端盖6、高压耐腐蚀釜体外壳7，壳体内设置有一定尺寸的用于固定套管或磨具的凹槽，磨具可以采用岩石或者其它摩擦材料。在两个端盖上设有动密封圈12，用于钻具与端盖之间的密封。在旋转轴旋转和贴近套管或者磨具的情况下满足密封要求，同时，端盖一侧底部设有排液口11，与排液管线9连接，实验结束后用于泄压、排出实验液体。

所述流体灌注及压力控制系统2由储液罐10、钻井液灌注口13、增压泵、灌注管线、溢流阀组成，可调节实验腔体的内压力至15Mpa，储液罐内用于储集实验流体。；流体收集系统由流体收集装置及密度测量仪等部件组成。

所述旋转系统包括提供旋转动力的旋转电机3、模拟钻具的旋转轴8、旋转轴、连接器、转速调节器、套管或岩石类磨具5，可用于调节钻具转速；接触压力加载系统由电机连接在旋转轴上，通过电机实现接触压力加载，套管为沿轴截面剖开的半圆环结构，套管或者磨具是固定在釜体内壁的凹槽中，且从凹槽中向釜体的轴线方向突出，即略高于釜体的中心通孔的内壁。由接触压力加载电机，通过加载一定的拉力将钻具8上提，使钻具8紧贴套管或磨具，实现接触压力加载，实际使用时，可以在釜体一端的外部设置接触压力加载电机(如图1所示)，为了使钻具受力均衡，也可以在釜体的两端的外部分别设置一个接触压力加载电机，两个电机同时提供拉力使得钻具两端同时受到拉力，进而同时向上移动。接触压力加载电机提供的接触压力越大，钻具与套筒或者磨具贴得更紧，钻具旋转摩擦时摩擦力越大。在所述钻具8外还装有一个可以更换的摩擦件，其为套筒结构，与钻具8固定连接，随钻具8一同旋转，当摩擦件磨损后再更换上新的摩擦件即可，这样能够延长钻具的使用寿命。

实验时，以高压耐腐蚀釜体模拟井下空间，将一定密度的含有中空微珠的流体通过流体灌注及压力控制系统注入高压耐腐蚀釜体,通过压力控制系统2调节釜体内压力至实验值，接触压力加载系统控制钻具与套管或岩石等磨具的接触压力，并调节接触压力至实验值，随后旋转系统调节钻具转速至一定转速，开始计时，测试完成后，实验流体经釜体排出口收集到集液罐，取集液罐中流体测量流体密度，对比实验前后的流体密度的变化值确定中空微珠的抗研磨能力。

具体来说，利用本实用新型进行实验的步骤如下：

1)配置含低密度中空微珠的流体，测量其密度。

2)在增压灌注泵作用下，将配制好的钻井液由喷射管线灌入釜体，排净釜体内空气，关闭排液管线9，增压至实验压力，钻井液浸泡在套管或岩石磨具5和钻具8之间，经由接触压力加载装置4加载钻具与套管或岩石磨具之间的接触压力至实验压力，开启旋转系统3进行实验，并开始计时，至实验时间结束。

3)泄压，排液取测试腔排出的钻井液测量密度，通过对比实验前后钻井液流体的密度差值，确定中空微珠的抗研磨能力，实验结束。

本实用新型操作简单、安全，主要用于指导石油钻井过程中的钻井液用低密度减轻剂的筛选及抗研磨能力评价。由于该仪器模拟地层条件下钻井液的运动状态，对分析确定低密度减轻剂能否适用于特定井况下的作业具有很大帮助。该实用新型弥补了当前无法评价低密度减轻剂中空微珠抗研磨能力的缺憾，具有良好的应用和推广前景。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述中空微珠抗研磨测试实验装置包括釜体、旋转系统、接触压力加载系统、流体灌注系统、流体收集系统；

在所述釜体内开有与其同轴线的中心通孔；在所述釜体的内壁上开有凹槽，所述凹槽与中心通孔连通；

所述旋转系统包括旋转轴，其插入到所述釜体的中心通孔内；

所述接触压力加载系统位于釜体的外部，并与所述旋转轴连接，为旋转轴提供径向力使旋转轴靠近或者远离所述凹槽；

所述流体灌注系统、流体收集系统分别通过管路与釜体的中心通孔连通。

2.根据权利要求1所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述釜体采用高压耐腐蚀釜体，包括高压耐腐蚀釜体外壳和连接在高压耐腐蚀釜体外壳两端的端盖；

在所述高压耐腐蚀釜体外壳的内壁上开有所述凹槽，在该凹槽中固定安装套筒或者磨具。

3.根据权利要求2所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：在两个所述端盖上均开有中心通孔，旋转轴的两端分别从两个端盖伸出到釜体的外部；

在所述端盖的中心通孔的内壁上安装有动密封圈。

4.根据权利要求3所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：在一个所述端盖上设有排液口，排液口的一端通过位于釜体外部的排液管线与流体收集系统连接，另一端与所述釜体的中心通孔连通；

在另一个所述端盖上设有钻井液灌注口，其一端通过位于釜体外部的灌注管线与流体灌注系统连接，另一端与所述釜体的中心通孔连通。

5.根据权利要求1所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述接触压力加载系统包括加载电机，在旋转轴位于釜体外部的一端连接一个加载电机，或者在旋转轴位于釜体外部的两端分别连接一个加载电机；

所述加载电机带动旋转轴沿其径向移动，靠近或者远离釜体内的所述凹槽。

6.根据权利要求4所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述流体灌注系统包括储液罐、增压泵；

所述储液罐与增压泵的入口连接，增压泵的出口通过灌注管线与端盖上的钻井液灌注口连接；

在所述灌注管线上设置有溢流阀；

在所述储液罐内装有含有中空微珠的流体。

7.根据权利要求4所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述流体收集系统包括集液罐，所述集液罐通过排液管线与端盖上的排液口连接。

8.根据权利要求1所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述旋转系统包括旋转电机、连接器、转速调节器；

所述旋转电机与转速调节器连接，转速调节器通过连接器与旋转轴的一端连接。

9.根据权利要求1所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：在所述旋转轴上固定安装有摩擦件，所述摩擦件为套筒结构，其与旋转轴同轴线设置，随旋转轴一同旋转。

10.根据权利要求2所述的中空微珠抗研磨测试实验装置，其特征在于：所述套筒的横截面形状为半圆环，其固定安装在釜体内的凹槽中，并与所述旋转轴同轴线设置；

所述磨具固定安装在釜体内的凹槽中，其下部位于釜体的中心通孔内。