泥饼力学性质测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种泥饼力学性质测量仪，属于石油钻井领域。泥饼力学性质测量仪包括：高温高压釜体、金属圆柱组、第一拉力计、第二拉力计和扭力电机，高温高压釜体为设置有空腔的立方体结构，底部设置生成泥饼的半圆柱形槽，金属圆柱组设置半圆柱形槽内；金属圆柱组包括：第一金属圆柱、第二金属圆柱和第三金属圆柱，金属圆柱高度方向与半圆柱形槽长度方向平行，直径小于半圆柱形槽直径，侧面与泥饼接触；第一拉力计测泥饼摩擦力，第二拉力计测泥饼黏附力，扭力电机测泥饼扭矩；半圆柱形槽模拟井壁状态，金属圆柱组模拟钻柱。本发明解决无法直接测量泥饼摩擦力和黏附力的问题，达到能直接测量泥饼扭矩、摩擦力和黏附力的效果。
【专利说明】
泥饼力学性质测量仪
技术领域
[0001]本发明涉及石油钻井领域，特别涉及一种泥饼力学性质测量仪。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，由于井壁的渗透作用，钻井液会滤失，进入地层，在钻井液滤失的过程中，井壁的表面因钻井液中的固体颗粒的堆积产生一定厚度的泥饼，泥饼的摩擦力、黏附力和扭矩等力学性质的参数的大小对于井壁的稳定性及压差卡钻的形成具有重要的影响。其中，压差卡钻是指:当钻柱在井中静止时，在钻井液液柱与地层之间形成的压力差的作用下，钻柱紧压在井壁上而导致的卡钻。
[0003]现有技术中有一种泥饼力学性质测量仪，该泥饼力学性质测量仪也称为压差卡钻趋势测定仪，其可以测量泥饼的力学性质。该泥饼力学性质测量仪包括:高温高压釜体、钢球体、扭力电机、加压阀杆、失水阀杆、滤网和滤纸。其中，滤网和滤纸铺设在高温高压釜体的空腔的底部，钢球体位于滤网和滤纸上，用于模拟钻柱，与穿过高温高压釜体顶盖的扭力杆相连，扭力杆与位于高温高压釜体顶部的外侧的扭力电机相连，失水阀杆位于高温高压釜体的外侧的底部且与高温高压釜体的空腔连通，扭力电机用于测量泥饼的扭矩。采用该泥饼力学性质测量仪测量泥饼的力学性质时，向高温高压釜体的空腔中加入钻井液，并向高温高压釜体的空腔加温加压，钻井液滤失，钻井液中的固体颗粒堆积在滤纸上生成泥饼。在泥饼形成的过程中，每隔预定时间间隔启动扭力电机，读取扭力电机显示的扭矩值，将该扭矩值作为泥饼的扭矩，工作人员可以建立扭矩值与时间的线性关系，并通过该线性关系的斜率评价生成泥饼的钻井液的压差卡钻趋势。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]形成压差卡钻的因素包括泥饼的摩擦力、黏附力和扭矩，而现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的摩擦力和黏附力。
【发明内容】
[0006]为了解决现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的问题，本发明提供了一种泥饼力学性质测量仪。所述技术方案如下:
[0007]—方面，提供一种泥饼力学性质测量仪，所述泥饼力学性质测量仪包括:
[0008]高温高压釜体、金属圆柱组、第一拉力计、第二拉力计和扭力电机，
[0009]所述高温高压釜体为设置有空腔的立方体结构，所述高温高压釜体的底部设置有半圆柱形槽，所述半圆柱形槽凸出所述高温高压釜体的底面，且所述半圆柱形槽与所述空腔连通，所述半圆柱形槽用于生成泥饼，所述金属圆柱组放置于所述半圆柱形槽内；
[0010]所述金属圆柱组包括:共轴且直径和高度均相等的第一金属圆柱、第二金属圆柱和第三金属圆柱，任一所述金属圆柱的高度方向与所述半圆柱形槽的长度方向平行，直径小于所述半圆柱形槽的直径，当在所述半圆柱形槽内生成所述泥饼时，任一所述金属圆柱的侧面与所述泥饼接触；
[0011]所述第一拉力计与所述第一金属圆柱的底面连接，用于测量所述第一金属圆柱与所述泥饼之间的摩擦力，所述第二拉力计与所述第二金属圆柱的侧面连接，用于测量所述第二金属圆柱与所述泥饼之间的黏附力，所述扭力电机与所述第三金属圆柱的底面连接，用于测量所述第三金属圆柱与所述泥饼之间的扭矩；
[0012]其中，所述半圆柱形槽用于模拟井壁状态，所述金属圆柱组用于模拟钻柱。
[0013]可选地，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:滤网和滤纸，
[0014]所述半圆柱形槽的内壁上设置有失水孔，所述半圆柱形槽通过所述失水孔与外界连通；
[0015]所述滤网铺设于所述半圆柱形槽的内壁上，所述滤纸铺设于所述滤网上；
[0016]所述金属圆柱组设置于所述滤纸上，任一所述金属圆柱的侧面与所述滤纸接触，在向所述高温高压釜体的空腔中加入钻井液时，所述钻井液能够依次通过所述滤纸、所述滤网和所述失水孔滤失，所述钻井液中的固体颗粒能够堆积在所述滤纸上生成所述泥饼。
[0017]可选地，所述高温高压釜体的底面设置有方形孔，所述方形孔的形状与所述半圆柱形槽的开口面的形状相同，所述半圆柱形槽的开口的两侧分别设置有卡板，所述半圆柱形槽通过所述卡板卡接在所述方形孔内。
[0018]可选地，所述泥饼生成于所述半圆柱形槽内，所述泥饼的饼面与所述半圆柱形槽的内壁接触，所述金属圆柱组放置于所述泥饼上。
[0019]可选地，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:失水杆，
[0020]所述失水杆为空心杆，设置于所述高温高压釜体的底部的外侧，且通过所述失水孔与所述高温高压釜体的空腔连通。
[0021]可选地，所述第一拉力计通过拉线与所述第一金属圆柱的底面连接，所述第一拉力计位于靠近所述第一金属圆柱的所述高温高压釜体的外侧，连接所述第一拉力计和所述第一金属圆柱的底面的拉线与所述第一金属圆柱的高度方向平行；
[0022]所述第二拉力计通过拉线与所述第二金属圆柱的侧面连接，所述第二拉力计位于所述高温高压釜体的顶部的外侧，连接所述第二拉力计和所述第二金属圆柱的侧面的拉线与水平面垂直；
[0023]所述扭力电机通过扭力杆与所述第三金属圆柱的底面连接，所述扭力电机位于靠近所述第三金属圆柱的所述高温高压釜体的外侧，所述扭力杆的高度方向与所述第三金属圆柱的高度方向平行。
[0024]可选地，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:加压阀杆，
[0025]所述加压阀杆为空心杆，设置于所述高温高压釜体的外部，且与所述高温高压釜体的空腔连通。
[0026]可选地，所述失水孔和所述失水杆的个数相等，每个所述失水杆分别通过一个所述失水孔与所述高温高压釜体的空腔连通。
[0027]可选地，所述第一金属圆柱与所述泥饼之间的摩擦力f为:f = fl- μ *ml*g ；
[0028]所述第二金属圆柱与所述泥饼之间的黏附力F为:F = Fl-(m+m2)*g ；
[0029]所述第三金属圆柱与所述泥饼之间的扭矩T为:T = Tl- μ *m3*g*R ；
[0030]其中，所述Π为所述第一拉力计的测量值，所述Fl为所述第二拉力计的测量值，所述Tl为所述扭力电机的测量值，所述m为所述第二金属圆柱的质量，所述μ为所述泥饼的摩擦系数，所述g为重力加速度，所述ml为连接所述第一拉力计和所述第一金属圆柱的底面的拉线的质量，所述m2为连接所述第二拉力计与所述第二金属圆柱的侧面的拉线的质量，所述m3为所述扭力杆的质量，所述R为所述第三金属圆柱的半径。
[0031]可选地，ml= 0，m2 = 0，m3 = O。
[0032]本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
[0033]通过在高温高压釜体的底部设置半圆柱形槽模拟井壁状态，在半圆柱形槽内设置金属圆柱组模拟钻柱，并分别采用第一拉力计测量泥饼的摩擦力、第二拉力计测量泥饼的黏附力、扭力电机测量泥饼的扭矩，解决了现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的问题，达到不仅能够直接测量泥饼的扭矩，还能直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的效果。本发明采用金属圆柱模拟钻柱，达到了有效模拟钻柱的效果。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本发明实施例提供的一种泥饼力学性质测量仪的正视图；
[0036]图2是图1所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪的侧视图；
[0037]图3是本发明实施例提供的另一种泥饼力学性质测量仪的立体结构示意图；
[0038]图4是图3所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪的正视图；
[0039]图5是图3所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪的侧视图。
【具体实施方式】
[0040]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0041]请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种泥饼力学性质测量仪10的正视图，该泥饼力学性质测量仪10可以用于测量泥饼的力学性质的参数，泥饼的力学性质的参数包括:泥饼的摩擦力、黏附力和扭矩等。参见图1，该泥饼力学性质测量仪10包括:高温高压釜体101、金属圆柱组102、第一拉力计103、第二拉力计104和扭力电机105。
[0042]其中，高温高压釜体101为设置有空腔O的立方体结构。
[0043]请参考图2，其示出了图1所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪10的侧视图，参见图2，高温高压釜体101的底部设置有半圆柱形槽1011，半圆柱形槽1011凸出高温高压釜体101的底面A，且半圆柱形槽1011与空腔O连通，半圆柱形槽1011用于生成泥饼106，金属圆柱组102放置于半圆柱形槽1011内。
[0044]参见图1，金属圆柱组102包括:共轴且直径和高度均相等的第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023，任一金属圆柱的高度方向h与半圆柱形槽1011的长度方向X平行，任一金属圆柱的直径小于半圆柱形槽1011的直径，当在半圆柱形槽1011内生成泥饼106时，任一金属圆柱的侧面与泥饼106接触。
[0045]参见图1，第一拉力计103与第一金属圆柱1021的底面连接，用于测量第一金属圆柱1011与泥饼之间的摩擦力，第二拉力计104与第二金属圆柱1022的侧面连接，用于测量第二金属圆柱1022与泥饼106之间的黏附力，扭力电机105与第三金属圆柱1023的底面连接，用于测量第三金属圆柱1023与泥饼106之间的扭矩；其中，半圆柱形槽1011用于模拟井壁状态，半圆柱形槽1011的直径等于井眼的直径，金属圆柱组102用于模拟钻柱，且金属圆柱组102的第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023可以分别模拟钻柱，金属圆柱组102的金属圆柱的直径等于钻柱的直径。
[0046]需要说明的是，本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪10可以将泥饼106从半圆柱形槽1011内取出，并采用厚度测量工具(如尺子)测量泥饼106的厚度。
[0047]综上所述，本发明提供的泥饼力学性质测量仪，通过在高温高压釜体的底部设置半圆柱形槽模拟井壁状态，在半圆柱形槽内设置金属圆柱组模拟钻柱，并分别采用第一拉力计测量泥饼的摩擦力、第二拉力计测量泥饼的黏附力、扭力电机测量泥饼的扭矩，将泥饼从半圆柱形槽内取出测量泥饼的厚度，解决了现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的问题，达到不仅能够直接测量泥饼的扭矩，还能直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的效果。本发明还能测量泥饼的厚度，采用金属圆柱模拟钻柱，达到了有效模拟钻柱的效果。
[0048]请参考图3，其示出了本发明实施例提供的另一种泥饼力学性质测量仪10的立体结构示意图，该泥饼力学性质测量仪10在图1所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪的基础上增加了更优选的部件，以更好的实现对泥饼的力学性质的测量。
[0049]参见图3，高温高压釜体10的底面A设置有方形孔(图3中未示出)，方形孔的形状与半圆柱形槽1011的开口面的形状相同，半圆柱形槽1011的开口的两侧分别设置有卡板1012，半圆柱形槽1011通过卡板1012卡接在方形孔内，可选地，为了使得半圆柱形槽1011与高温高压釜体10的固定更牢靠，半圆柱形槽1011通过卡板1012卡接在高温高压釜体10底面A的方形孔内后，可以采用螺栓将半圆柱形槽1011和高温高压!!体10底面A固定。也即，半圆柱形槽1011为可拆卸部件，实际应用中，可以根据情况更换直径不同的半圆柱形槽1011，以使得本发明提供的泥饼力学性质测量仪10能够测量不同井眼条件下的泥饼的力学性质。
[0050]请参考图4，其示出了图3所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪10的正视图，参见图4，该泥饼力学性质测量仪10，还包括:滤网107和滤纸108。
[0051]高温高压釜体101的底部的半圆柱形槽1011的内壁上设置有失水孔(图4中未示出)，半圆柱形槽1011通过失水孔与外界连通；滤网107铺设于半圆柱形槽1011的内壁上，滤纸108铺设于滤网107上；金属圆柱组102设置于滤纸108上，任一金属圆柱的侧面都与滤纸108接触，在向高温高压釜体101的空腔O中加入钻井液时，钻井液能够依次通过滤纸108、滤网107和失水孔滤失，钻井液中的固体颗粒能够堆积在滤纸108上生成泥饼106。
[0052]如图4所示，该泥饼力学性质测量仪10，还包括:失水杆109。
[0053]失水杆109为空心杆，设置于高温高压釜体10的底部的外侧，且通过失水孔与高温高压釜体101的空腔O连通。其中，失水孔的个数和失水杆109的个数相等，每个失水杆109分别通过一个失水孔与高温高压釜体101的空腔O连通，且失水孔的个数和失水杆109的个数可以根据实际情况设置，示例地，请参考图5，其示出了图3所示实施例提供的泥饼力学性质测量仪10的侧视图，参见图4和图5可知，在本发明实施例中，失水孔和失水杆109的个数均为6，其中，6个失水孔沿半圆柱形槽1011的长度方向X设置了两排，每排设置3个，该3个失水孔在该半圆柱形槽1011的内壁上沿圆周阵列排布。
[0054]参见图4，该泥饼力学性质测量仪10，还包括:加压阀杆110。
[0055]加压阀杆110为空心杆，设置于高温高压釜体10的外部，且与高温高压釜体10的空腔O连通，可以通过该加压阀杆110向高温高压釜体10的空腔O加压以模拟井下环境，具体地，加压阀杆I1连接在加压阀上，加压阀为单向阀，向高温高压釜体10的空腔O加压时，通过加压阀杆I1将加压栗与高温高压釜体10的空腔O连通，然后通过加压栗向高温高压釜体10的空腔O加压。
[0056]参见图4，可选地，第一拉力计103通过拉线a与第一金属圆柱1021的底面连接，第一拉力计103位于靠近第一金属圆柱1021的高温高压釜体101的外侧，连接第一拉力计103和第一金属圆柱1021的底面的拉线a与第一金属圆柱的高度方向h平行；第二拉力计104通过拉线b与第二金属圆柱1022的侧面连接，第二拉力计104位于高温高压釜体101的顶部的外侧，连接第二拉力计104和第二金属圆柱1022的侧面的拉线b与水平面垂直，其中，高温高压釜体101的顶部为高温高压釜体101正常放置时，远离放置面的部位，此处所说的水平面也可以理解为高温高压釜体101正常放置时的放置面；扭力电机105通过扭力杆c与第三金属圆柱1023的底面连接，扭力电机105位于靠近第三金属圆柱1023的高温高压釜体101的外侧，扭力杆c的高度方向xl与第三金属圆柱1023的高度方向h平行。
[0057]可选地，第一金属圆柱1021与泥饼106之间的摩擦力f为:f = Π_ μ *ml*g ;
[0058]第二金属圆柱1022与泥饼106之间的黏附力F为:F = Fl_(m+m2)*g ；
[0059]第三金属圆柱1023与泥饼106之间的扭矩T为:T = Tl- μ *m3*g*R ；
[0060]其中，Π为第一拉力计103的测量值，Fl为第二拉力计104的测量值，Tl为扭力电机105的测量值，m为第二金属圆柱1022的质量，μ为泥饼106的摩擦系数，g为重力加速度，ml为连接第一拉力计103和第一金属圆柱1021的底面的拉线a的质量，m2为连接第二拉力计104与第二金属圆柱1022的侧面的拉线b的质量，m3为扭力杆c的质量，R为第三金属圆柱1023的半径。第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023的质量可以相等。
[0061]通常情况下，拉线a的质量ml、拉线b的质量m2以及扭力杆c的质量m3远远小于金属圆柱的质量m，因此，实际应用中，可以将拉线a的质量ml、拉线b的质量m2以及扭力杆c的质量m3都视为0，此时，第一金属圆柱1021与泥饼106之间的摩擦力f为:f = Π ;第二金属圆柱1022与泥饼106之间的黏附力F为:F = Fl_m*g ;第三金属圆柱1023与泥饼106之间的扭矩T为:T = Tl，也即，第一金属圆柱1021与泥饼106之间的摩擦力f即为第一拉力计103的测量值，第二金属圆柱1022与泥饼106之间的黏附力F为第二拉力计104的测量值减去第二金属圆柱1022的重力，第三金属圆柱1023与泥饼106之间的扭矩T为扭力电机105的测量值。
[0062]需要说明的是，以上所示实施例是以先将金属圆柱组102放置在半圆柱形槽1011内，然后向高温高压釜体101的空腔O加入钻井液，钻井液依次通过滤纸108、滤网107和失水孔滤失，钻井液中的固体颗粒能够堆积在滤纸108上生成泥饼106为例进行说明的，事实上，还可以先在半圆柱形槽1011内生成泥饼106，使得泥饼106的饼面与半圆柱形槽1011的内壁接触，然后将金属圆柱组102设置于泥饼106上，再采用上述类似的方法对泥饼106的力学性质进行测试。
[0063]还需要说明的是，本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪10在对高温高压釜体10加温时，可以在高温高压釜体10的空腔O中放置加温装置以向高温高压釜体10加温，还可以将高温高压釜体10整体放置在加温装置(如，加温箱)中，对高温高压釜体10整体加温，还可以通过其他的方式对高温高压釜体10加温，具体采用哪种加温方式可根据实际情况选择，在此不再赘述。
[0064]还需要说明的是，本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪的半圆柱形槽1011为可拆卸部件，将半圆柱形槽1011从高温高压釜体101的底部拆卸下来之后，将半圆柱形槽1011内的泥饼106取出，采用厚度测量工具(如，尺子)即可测量泥饼106的厚度，示例地，当泥饼106的厚度不均匀时，可以测量泥饼106的不同部位的厚度，取测量泥饼106的不同部位的厚度值的平均值作为泥饼106的厚度，当然，还可以采取其他的方式确定泥饼106的厚度，这里不再--赘述。
[0065]综上所述，本发明提供的泥饼力学性质测量仪，通过在高温高压釜体的底部设置半圆柱形槽模拟井壁状态，在半圆柱形槽内设置金属圆柱组模拟钻柱，并分别采用第一拉力计测量泥饼的摩擦力、第二拉力计测量泥饼的黏附力、扭力电机测量泥饼的扭矩，将泥饼从半圆柱形槽内取出测量泥饼的厚度，解决了现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的问题，达到不仅能够直接测量泥饼的扭矩，还能直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的效果。本发明还能测量泥饼的厚度，采用金属圆柱模拟钻柱，达到了有效模拟钻柱的效果。
[0066]本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够测量不同井壁状态条件下的泥饼的力学性质，相比于现有的泥饼力学性质测量仪，本发明的泥饼力学性质测量仪的使用范围更广。
[0067]由于是将泥饼置于高温高压釜体内测量泥饼的力学性质的，因此，本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够测量特定压差、特定泥浆体系和特定厚度的泥饼的力学性质。
[0068]本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够提高测试结果的准确性，为压差卡钻的预防和处理提供决策依据，能够避免压差卡钻的发生，实现安全优质的钻井，提高钻井效率。
[0069]本发明实施例可以先将金属圆柱组102放置在半圆柱形槽1011内，采用特定泥浆体系一边生成泥饼106 —边测量泥饼106的力学性质，也可以先采用特定泥浆体系在半圆柱形槽1011内生成泥饼106，然后对泥饼106的力学性质进行测量。下面结合该两种情况对本发明提供的泥饼力学性质测量仪10的工作原理进行简单说明。
[0070]参见图4，若是先将金属圆柱组102放置在半圆柱形槽1011内，采用特定泥浆体系一边生成泥饼106 —边测量泥饼106的力学性质，则本发明提供的泥饼力学性质测量仪10的工作原理为:将滤网107铺设在设置有失水孔的半圆柱形槽1011的内壁上，将滤纸108铺设在滤网107上，将金属圆柱组102放置在滤纸108上，并使得金属圆柱组102中第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023的侧面与滤纸108接触，第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023的高度方向h与半圆柱形槽1011的长度方向X平行，将半圆柱形槽1011安装在高温高压釜体101的底部，将第一拉力计103通过拉线a与第一金属圆柱1021的底面连接后，将第一拉力计103放置在高温高压釜体101的外侧并保证拉线a与第一金属圆柱1021的高度方向h平行，将第二拉力计104通过拉线b与第二金属圆柱1022的侧面连接后，将第二拉力计104放置在高温高压釜体101的顶部的外侧，将扭力电机105通过扭力杆c与第三金属圆柱1023的底面连接后，将扭力电机105放置在靠近第三金属圆柱1023的高温高压釜体101的外侧，并使得扭力杆c的高度方向xl与第三金属圆柱1023的高度方向h平行。向高温高压釜体101的空腔O中加入钻井液，通过加压阀杆110向高温高压釜体101的空腔O加压，通过加温装置向高温高压釜体101加温，以模拟井下环境，钻井液中的液体依次通过滤纸108、滤网107和失水孔，从失水杆的内腔中流出，钻井液中的固体颗粒堆积在滤纸108上生成泥饼106。在生成泥饼106的过程中，每隔预定时间间隔拉动第一拉力计103并读取第一拉力计103的测量值，将第一拉力计103的测量值作为泥饼106的摩擦力，提升第二拉力计104并读取第二拉力计104的测量值，对第二拉力计104的测量值进行处理得到泥饼106的黏附力，启动扭力电机105并读取扭力电机105的测量值，将扭力电机105的测量值作为泥饼106的扭矩。若需测量泥饼106的厚度，将半圆柱形槽1011从高温高压釜体101的底部拆卸下来，采用厚度测量工具直接测量泥饼106的厚度。
[0071]参见图4，若是先采用特定泥浆体系在半圆柱形槽1011内生成泥饼106，然后对泥饼106的力学性质进行测量，则本发明提供的泥饼力学性质测量仪10的工作原理为:将半圆柱形槽1011从高温高压釜体101的底部拆卸下来，将滤网107铺设在半圆柱形槽1011的内壁上，将滤纸108铺设在滤网107上，在半圆柱形槽1011内装入钻井液后，将半圆柱形槽1011安装在高温高压釜体101的底部，向高温高压釜体101的空腔O加温加压，钻井液中的液体依次通过滤纸108、滤网107和失水孔，从失水杆的内腔中流出，钻井液中的固体颗粒堆积在滤纸108上生成泥饼106，将半圆柱形槽1011从高温高压釜体101的底部拆卸下来，采用厚度测量工具测量泥饼106的厚度，然后将金属圆柱组102放置在泥饼106上，使得金属圆柱组102中第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023的侧面与泥饼106的饼面接触，第一金属圆柱1021、第二金属圆柱1022和第三金属圆柱1023的高度方向h与半圆柱形槽1011的长度方向X平行，将半圆柱形槽1011安装在高温高压釜体101的底部，将第一拉力计103通过拉线a与第一金属圆柱1021的底面连接后，第一拉力计103放置在高温高压釜体101的外侧并保证拉线a与第一金属圆柱的高度方向h平行，将第二拉力计104通过拉线b与第二金属圆柱1022的侧面连接后，第二拉力计104放置在高温高压釜体101的顶部的外侧，将扭力电机105通过扭力杆c与第三金属圆柱1023的底面连接后，扭力电机105放置在靠近第三金属圆柱1023的高温高压釜体101的外侧，并使得扭力杆c的高度方向xl与第三金属圆柱1023的高度方向h平行。拉动第一拉力计103并读取第一拉力计103的测量值，将第一拉力计103的测量值作为泥饼106的摩擦力，提升第二拉力计104并读取第二拉力计104的测量值，对第二拉力计104的测量值进行处理得至IJ泥饼106的黏附力，启动扭力电机105并读取扭力电机105的测量值，将扭力电机105的测量值作为泥饼106的扭矩。
[0072]综上所述，本发明提供的泥饼力学性质测量仪，通过在高温高压釜体的底部设置半圆柱形槽模拟井壁状态，在半圆柱形槽内设置金属圆柱组模拟钻柱，并分别采用第一拉力计测量泥饼的摩擦力、第二拉力计测量泥饼的黏附力、扭力电机测量泥饼的扭矩，将泥饼从半圆柱形槽内取出测量泥饼的厚度，解决了现有的泥饼力学性质测量仪只能测量泥饼的扭矩，无法直接测量泥饼的厚度、摩擦力和黏附力的问题，达到能够不仅直接测量泥饼的扭矩，还能直接测量泥饼的摩擦力和黏附力的效果。本发明还能测量泥饼的厚度，采用金属圆柱模拟钻柱，达到了有效模拟钻柱的效果。
[0073]本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够测量不同井壁状态条件下的泥饼的力学性质，相比于现有的泥饼力学性质测量仪，本发明的泥饼力学性质测量仪的使用范围更广。
[0074]由于是将泥饼置于高温高压釜体内测量泥饼的力学性质的，因此，本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够测量特定压差、特定泥浆体系和特定厚度的泥饼的力学性质。
[0075]由于本发明实施例提供的泥饼力学性质测量仪能够提高测试结果的准确性，为压差卡钻的预防和处理提供决策依据，能够避免压差卡钻的发生，实现安全优质的钻井，提高钻井效率。
[0076]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种泥饼力学性质测量仪，其特征在于，所述泥饼力学性质测量仪包括: 高温高压釜体、金属圆柱组、第一拉力计、第二拉力计和扭力电机， 所述高温高压釜体为设置有空腔的立方体结构，所述高温高压釜体的底部设置有半圆柱形槽，所述半圆柱形槽凸出所述高温高压釜体的底面，且所述半圆柱形槽与所述空腔连通，所述半圆柱形槽用于生成泥饼，所述金属圆柱组放置于所述半圆柱形槽内； 所述金属圆柱组包括:共轴且直径和高度均相等的第一金属圆柱、第二金属圆柱和第三金属圆柱，任一所述金属圆柱的高度方向与所述半圆柱形槽的长度方向平行，直径小于所述半圆柱形槽的直径，当在所述半圆柱形槽内生成所述泥饼时，任一所述金属圆柱的侧面与所述泥饼接触； 所述第一拉力计与所述第一金属圆柱的底面连接，用于测量所述第一金属圆柱与所述泥饼之间的摩擦力，所述第二拉力计与所述第二金属圆柱的侧面连接，用于测量所述第二金属圆柱与所述泥饼之间的黏附力，所述扭力电机与所述第三金属圆柱的底面连接，用于测量所述第三金属圆柱与所述泥饼之间的扭矩； 其中，所述半圆柱形槽用于模拟井壁状态，所述金属圆柱组用于模拟钻柱。2.根据权利要求1所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:滤网和滤纸， 所述半圆柱形槽的内壁上设置有失水孔，所述半圆柱形槽通过所述失水孔与外界连通； 所述滤网铺设于所述半圆柱形槽的内壁上，所述滤纸铺设于所述滤网上； 所述金属圆柱组设置于所述滤纸上，任一所述金属圆柱的侧面与所述滤纸接触，在向所述高温高压釜体的空腔中加入钻井液时，所述钻井液能够依次通过所述滤纸、所述滤网和所述失水孔滤失，所述钻井液中的固体颗粒能够堆积在所述滤纸上生成所述泥饼。3.根据权利要求1所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， 所述高温高压釜体的底面设置有方形孔，所述方形孔的形状与所述半圆柱形槽的开口面的形状相同，所述半圆柱形槽的开口的两侧分别设置有卡板，所述半圆柱形槽通过所述卡板卡接在所述方形孔内。4.根据权利要求3所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， 所述泥饼生成于所述半圆柱形槽内，所述泥饼的饼面与所述半圆柱形槽的内壁接触，所述金属圆柱组放置于所述泥饼上。5.根据权利要求2所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:失水杆， 所述失水杆为空心杆，设置于所述高温高压釜体的底部的外侧，且通过所述失水孔与所述高温高压釜体的空腔连通。6.根据权利要求1所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， 所述第一拉力计通过拉线与所述第一金属圆柱的底面连接，所述第一拉力计位于靠近所述第一金属圆柱的所述高温高压釜体的外侧，连接所述第一拉力计和所述第一金属圆柱的底面的拉线与所述第一金属圆柱的高度方向平行； 所述第二拉力计通过拉线与所述第二金属圆柱的侧面连接，所述第二拉力计位于所述高温高压釜体的顶部的外侧，连接所述第二拉力计和所述第二金属圆柱的侧面的拉线与水平面垂直； 所述扭力电机通过扭力杆与所述第三金属圆柱的底面连接，所述扭力电机位于靠近所述第三金属圆柱的所述高温高压釜体的外侧，所述扭力杆的高度方向与所述第三金属圆柱的高度方向平行。7.根据权利要求5所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于，所述泥饼力学性质测量仪，还包括:加压阀杆， 所述加压阀杆为空心杆，设置于所述高温高压釜体的外部，且与所述高温高压釜体的空腔连通。8.根据权利要求5所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， 所述失水孔和所述失水杆的个数相等，每个所述失水杆分别通过一个所述失水孔与所述高温高压釜体的空腔连通。9.根据权利要求6所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， 所述第一金属圆柱与所述泥饼之间的摩擦力f为:f = fl_y*ml*g ； 所述第二金属圆柱与所述泥饼之间的黏附力F为:F = Fl-(m+m2)*g ； 所述第三金属圆柱与所述泥饼之间的扭矩T为:T = Tl- μ *m3*g*R ; 其中，所述Π为所述第一拉力计的测量值，所述Fl为所述第二拉力计的测量值，所述Tl为所述扭力电机的测量值，所述m为所述第二金属圆柱的质量，所述μ为所述泥饼的摩擦系数，所述g为重力加速度，所述ml为连接所述第一拉力计和所述第一金属圆柱的底面的拉线的质量，所述m2为连接所述第二拉力计与所述第二金属圆柱的侧面的拉线的质量，所述m3为所述扭力杆的质量，所述R为所述第三金属圆柱的半径。10.根据权利要求9所述的泥饼力学性质测量仪，其特征在于， ml = O，m2 = O，m3 = O0
【文档编号】G01N19/04GK105842152SQ201510020907
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】李文哲, 席岩, 王孟玉, 赵军, 米光勇, 高德伟, 范宇, 杨玲, 王应容
【申请人】中国石油天然气股份有限公司