一种泥页岩水化膨胀应力测试装置及测试方法与流程

本发明涉及钻井液测试，更具体的说是涉及一种泥页岩水化膨胀应力测试装置及测试方法。

背景技术：

1、在石油工程的钻探过程中，需要使用各种钻井液协助钻进，在钻井中，流动的钻井液与地下岩层接触，当钻遇到泥页岩时，由于泥页岩具有较强的吸水膨胀特性，导致岩层形变，体积变大，并产生水化膨胀应力，井孔缩径，是造成井壁不稳定的重要因素，因此，泥页岩的水化应力是研究泥页岩井壁稳定性的重要参数之一。

2、目前的膨胀应力测试装置不能真实的反应井下泥页岩的膨胀性能，导致水化膨胀应力测试数据不准确。

3、因此，如何提供一种结构简单，能够直接获取泥页岩水化膨胀应力过程的连续数据，精准获取测试数据，降低泥页岩水化膨胀的影响的测试装置及方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种泥页岩水化膨胀应力测试装置及测试方法，旨在解决上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，包括：

4、底板；所述底板表面置有定位筒，所述定位筒内可拆卸连接有测试筒，所述测试筒顶端开设有进液孔，所述底板上方通过支撑结构安装有测力单元；

5、力杆；所述力杆的顶端与测力单元的信号感应端连接，所述力杆的底端外侧螺纹连接有导向套；所述导向套内滑动连接有伸缩杆，所述伸缩杆的顶端与所述力杆底端对应，所述伸缩杆的底端延伸至所述导向套外侧；

6、镂空压板；镂空压板置于所述测试筒内部，所述镂空压板顶面固定有导向杆，所述导向杆的顶端穿过所述测试筒的顶面，并与所述伸缩杆底端对应。

7、通过上述技术方案，本发明提供的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，导向杆和镂空压板能够在测试筒内上下滑动，镂空压板用于将岩石样本压紧，通过进液孔向测试筒内加入液体，液体经过镂空压板渗透到岩石样本，岩石样本吸水膨胀，膨胀形成的水化膨胀应力推动镂空压板带动导向杆向上移动，导向杆顶端与伸缩杆底端接触，进而推动伸缩杆向上移动，使得伸缩杆顶端与力杆底端接触，力杆将水化膨胀应力传递到测力单元，通过测力单元获得测试过程中的连续数据，本发明结构简单，可以测量泥页岩水化膨胀应力的变化过程，帮助研究抑制泥页岩井壁的水化膨胀方法，进而预防钻探工程中的卡钻埋钻事故发生。

8、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述导向套的内孔分为上部的滑动腔和下部的伸缩腔，所述滑动腔的顶端与所述力杆的底端外侧螺纹连接，所述伸缩腔的底端通过固定螺母锁紧；所述伸缩杆的上部与所述滑动腔滑动连接，所述伸缩杆的中部位于所述伸缩腔内，且外侧具有径向凸出的挡筋，所述伸缩杆的外侧同轴套设有弹簧，所述弹簧顶紧在所述挡筋和所述伸缩腔的顶沿之间，使得所述挡筋与所述固定螺母抵接；所述伸缩杆的下部穿出所述固定螺母。挡筋的设置，能够防止伸缩杆在不与力杆和导向杆接触时掉落。

9、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述支撑结构包括支撑杆和支撑架；所述支撑杆垂直固定在所述底板上表面的一端，所述支撑架横向固定在所述支撑杆顶端，所述测力单元固定在所述支撑架上；所述支撑架上固定有防护罩，所述防护罩罩设在所述测力单元外侧。防护罩的设置能够起到对测力单元的防护作用。

10、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述测力单元为测力传感器，所述测力传感器的信号感应端与所述力杆顶端连接，且所述测力传感器的控制端电性连接有信号线。测力传感器通过信号线将测得的数据反馈至控制端，获得泥页岩水化膨胀应力的变化过程。

11、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述测试筒顶部可拆卸连接有导向盖，所述导向盖的中心开设有中心孔，所述进液孔位于所述中心孔的一侧；所述导向杆的顶端穿出所述中心孔与所述伸缩杆的底端对应，且所述导向杆与所述中心孔之间具有滑动间隙。导向杆与中心孔之间具有滑动间隙，在泥页岩水化膨胀，使得导向杆能够向上移动，进而与伸缩杆、力杆接触，实现对泥页岩水化膨胀应力变化过程的测试。

12、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述镂空压板与所述测试筒内侧壁之间存在滑动间隙。能够实现带动导向杆顺利上下移动，进而完成测试。

13、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述定位筒的顶端可拆卸连接有限位端盖，所述限位端盖与所述测试筒上部外侧壁螺纹连接。定位筒和限位端盖的设置，能够为测试筒提供稳定支撑。

14、优选的，在上述一种泥页岩水化膨胀应力测试装置中，所述底板底部两两对称的固定有支撑柱脚。保证测试过程中的稳定性。

15、本发明还公开了一种应用泥页岩水化膨胀应力测试装置的测试方法，包括以下步骤：

16、s1：将岩石样本填充至测试筒底部，并在岩石样本上铺设滤纸，将镂空压板与滤纸和岩石样本贴紧，同时保证导向杆、伸缩杆和力杆的中心轴线重合；

17、s2：通过进液孔向测试筒内部注入液体，岩石样本开始膨胀，膨胀形成的水化膨胀应力推动镂空压板和导向杆向上移动，导向杆顶端与伸缩杆底端接触，进而带动伸缩杆顶端与力杆底端接触，将水化膨胀应力传递到测力单元，泥页岩水化膨胀应力的测试开始进行；

18、s3：测试结束后，开展清洗、整理工作。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，具有以下有益效果：

20、本发明结构简单稳定，可以直接获得泥页岩水化膨胀应力的过程数据，采集水化膨胀应力随着时间的变化数据，获得泥页岩水化膨胀应力的过程曲线，对分析不同地域泥页岩水化膨胀的特性，研究配置不同抑制试剂，降低泥页岩水化膨胀的影响，避免钻探事故作用明显。

技术特征：

1.一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述导向套(6)的内孔分为上部的滑动腔和下部的伸缩腔，所述滑动腔的顶端与所述力杆(5)的底端外侧螺纹连接，所述伸缩腔的底端通过固定螺母(73)锁紧；所述伸缩杆(7)的上部与所述滑动腔滑动连接，所述伸缩杆(7)的中部位于所述伸缩腔内，且外侧具有径向凸出的挡筋(71)，所述伸缩杆(7)的外侧同轴套设有弹簧(72)，所述弹簧(72)顶紧在所述挡筋(71)和所述伸缩腔的顶沿之间，使得所述挡筋(71)与所述固定螺母(73)抵接；所述伸缩杆(7)的下部穿出所述固定螺母(73)。

3.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述支撑结构包括支撑杆(11)和支撑架(12)；所述支撑杆(11)垂直固定在所述底板(1)上表面的一端，所述支撑架(12)横向固定在所述支撑杆(11)顶端，所述测力单元(4)固定在所述支撑架(12)上；所述支撑架(12)上固定有防护罩(13)，所述防护罩(13)罩设在所述测力单元(4)外侧。

4.根据权利要求3所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述测力单元(4)为测力传感器，所述测力传感器的信号感应端与所述力杆(5)顶端连接，且所述测力传感器的控制端电性连接有信号线(41)。

5.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述测试筒(3)顶部可拆卸连接有导向盖(32)，所述导向盖(32)的中心开设有中心孔，所述进液孔(31)位于所述中心孔的一侧；所述导向杆的顶端穿出所述中心孔与所述伸缩杆(7)的底端对应，且所述导向杆(9)与所述中心孔之间具有滑动间隙。

6.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述镂空压板(8)与所述测试筒(3)内侧壁之间存在滑动间隙。

7.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述定位筒(2)的顶端可拆卸连接有限位端盖(21)，所述限位端盖(21)与所述测试筒(3)上部外侧壁螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力测试装置，其特征在于，所述底板(1)底部两两对称的固定有支撑柱脚(14)。

9.一种应用于权利要求1-8任一项所述的泥页岩水化膨胀应力测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种泥页岩水化膨胀应力测试装置及测试方法，涉及钻井液测试技术领域；该装置包括底板；底板上表面置有定位筒，定位筒内可拆卸连接有测试筒，测试筒顶端开设有进液孔，底板上方通过支撑结构安装有测力单元；力杆的顶端与测力单元的信号感应端连接，力杆的底端外侧螺纹连接有导向套；导向套内滑动连接有伸缩杆，伸缩杆的顶端与力杆底端对应，伸缩杆的底端延伸至导向套外侧；镂空压板置于测试筒内部，镂空压板顶面固定有导向杆，导向杆的顶端穿过测试筒的顶面，并与伸缩杆底端对应；本发明还公开了相应的测试方法，本发明能测量泥页岩水化膨胀应力的变化过程，帮助研究抑制泥页岩井壁的水化膨胀方法，预防钻探工程中卡钻埋钻事故发生。

技术研发人员：韩天夫,李进,王雪竹,许云博,魏瑞,赵建刚,石凯,李慧想,杨锐
受保护的技术使用者：北京探矿工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5