一种室内实验用泥饼厚度精细控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种室内实验用泥饼厚度精细控制装置，包括支架、刮刀组件、螺旋微调器和仿地井筒基座，刮刀组件包括电动机、转杆、刀片和刀片紧固件，电动机的转轴与转杆固连，转杆的轴线与仿地井筒基座的轴线重合，刀片通过刀片紧固件固定于转杆中；螺旋微调器包括粗调旋钮、精调旋钮、行星轮系、连接杆、刻度尺和齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿轮封装于支架内部、齿条固定于支架上，刻度尺与齿条固连并且刻度尺与刀片的刀背相接触，粗调旋钮与外齿圈固连，精调旋钮连接太阳轮，连接杆连接外齿圈和齿轮；本发明利用螺旋微调器对泥饼厚度进行精细控制，利用电动机的带动，提高实验室去除虚泥饼的速率，提高实验准确度，精细控制泥饼厚度。
【专利说明】
一种室内实验用泥饼厚度精细控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种实验室用可精细控制泥饼厚度的机械装置，属于石油钻井工程技术领域。
【背景技术】
[0002]固井二界面指水泥环与地层(或外层套管)之间的胶结面。油田所遇到的层间窜、管外冒油气水、环空“声变”、固井一界面的“声幅”等问题都与固井二界面封固系统失效有直接的关系。固井作业完成后，泥饼夹在水泥浆与地层之间，泥饼的质量直接关系到固井二界面的胶结质量。所以，固井二界面的研究是钻井工程的一大重点。
[0003]为了深入研究固井二界面，顾军教授研制出仿地井筒制备方法(专利号:ZL200810047342.3)，到目前为止，实验室已经进行了包括钻井液、养护时间、泥饼改性剂、泥饼厚度等对固井二界面胶结强度影响的实验研究，所有的实验都离不开制备仿地井筒和去除虚泥饼的过程。现阶段，实验室去除虚泥饼采用的是玻璃棒刮泥饼的方式，该方式实验效率较低，难免存在因人为操作而产生的厚度不均匀、泥饼面不光滑的问题。
[0004]目前为止，许多学者致力于泥饼的研究，相关专利分为两种，一种是不同条件下泥饼的制取，另一种是泥饼厚度的测量。这两种类型专利所涉及到的方法均无法直接获得具有一定厚度的泥饼，难免存在实验效率较低、实验结果误差较大的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种基于顾军教授“仿地井筒制备方法”专利的室内实验用泥饼厚度精细控制装置。
[0006]实现本发明目的所采用的技术方案为，一种室内实验用泥饼厚度精细控制装置，至少包括支架和安装于支架上的刮刀组件，支架上安装有螺旋微调器和仿地井筒基座，刮刀组件、螺旋微调器和仿地井筒基座从上至下顺序安装于支架上，螺旋微调器的位置与刮刀组件中刀片的高度相对应;所述刮刀组件包括电动机、转杆、刀片和刀片紧固件，电动机的转轴与转杆固连，转杆的轴线与仿地井筒基座的轴线重合，转杆中沿轴向开设有贯穿转杆的刀片槽，刀片通过刀片紧固件固定于刀片槽中；所述螺旋微调器包括粗调旋钮、精调旋钮、行星轮系、连接杆、刻度尺和齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿轮封装于支架内部、齿条固定于支架上沿水平方向开设的安装孔中并且与刀片的刀背相对，刻度尺与齿条固连并且刻度尺与刀片的刀背相接触，所述行星轮系由外齿圈、太阳轮、行星轮和行星架构成，粗调旋钮与外齿圈固连，精调旋钮连接太阳轮，连接杆的一端突出于支架并且固定于外齿圈上、另一端位于支架内部并且与齿轮连接，太阳轮和行星轮均通过行星架与齿轮连接，行星架与齿轮间隙配合，粗调旋钮和精调旋钮的外表面上均设有刻度。
[0007]所述电动机通过电机固定组件与支架连接，所述电机固定组件包括电机固定筒、横杆和螺纹紧固件，电动机安装于电机固定筒中，横杆的一端与电机固定筒的侧面固连、另一端通过螺纹紧固件固定于支架上。
[0008]所述支架上沿轴向开设有滑槽，横杆靠近支架的端部上设有与滑槽相匹配的滑块，滑块与滑槽构成滑动副。
[0009]支架上设有底座，底座位于仿地井筒基座的正下方。
[0010]所述行星架呈人字形，包括太阳轮支架和L型行星轮支架，太阳轮支架的两端分别位于太阳轮和齿轮中心开设的安装孔中并且与安装孔间隙配合，L型行星轮支架的一端套于太阳轮支架上并且与太阳轮支架间隙配合、另一端与行星轮的中心固连。
[0011]所述仿地井筒基座与支架固连，仿地井筒基座的内孔孔径等于仿地井筒的外径。
[0012]所述连接杆呈弯折状、由3段折臂构成，两段水平折臂分别固定于竖直折臂的两端并且位于竖直折臂的两侧，其中一段水平折臂位于支架外并且固定于外齿圈上、另一段水平折臂安装于支架中并且与齿轮连接。
[0013]由上述技术方案可知，本发明提供的室内实验用泥饼厚度精细控制装置主体包括四部分:支架、刮刀组件、螺旋微调器和仿地井筒基座，其中1、支架，为装置的整体支撑结构，同时限定刮刀组件的移动轨迹;2、刮刀组件，用于刮除虚泥饼，包括电动机、转杆、刀片和刀片紧固件，转杆由电动机驱动、用于固定刀片，转杆带动刀片转动，刀片绕转杆轴线做定轴转动，将位于其转动半径中的虚泥饼刮除，从而得到设定厚度的泥饼;3、螺旋微调器，用于精确调节刀片的转动半径，包括粗调旋钮、精调旋钮、行星轮系、连接杆、刻度尺和齿轮齿条机构，内部集成行星轮系，行星轮系的太阳轮和外齿圈具有一齿比，从而实现刀片转动半径的粗调和精调，行星轮系与齿轮齿条机构通过连接杆传递扭矩，粗调旋钮与外齿圈固连、精调旋钮连接太阳轮，粗调旋钮和精调旋钮均为扭矩输入端，连接杆连接外齿圈与齿轮，外齿圈为扭矩输出端，行星架实现太阳轮、行星轮和齿轮之间的连接，行星架与太阳轮和齿轮均采用间隙配合，形成两组转动副，即行星架仅起到支撑太阳轮和行星轮的作用，而不传递扭矩，外齿圈输出的扭矩作用于齿轮齿条机构的齿轮上，通过齿轮齿条机构将扭矩转化为齿条沿水平方向的移动，齿条与刀片的刀背相对，齿条与刻度尺固连，刻度尺与刀片的刀背相接触，齿条通过刻度尺作用于刀片进而调节刀片的转动半径，通过刻度尺上的长度刻度可直接获取刀片的转动半径;4、仿地井筒基座，与顾军教授“仿地井筒制备方法”专利所制备的仿地井筒配套使用，用于放置仿地井筒，泥饼位于仿地井筒中。
[0014]电动机通过电机固定组件与支架连接，电动机放置于电机固定筒中，通过电机固定筒安装电动机，不需要改变电动机的自身结构，支架上沿轴向开设滑槽，横杆靠近支架的端部上设有与滑槽相匹配的滑块，滑块与滑槽构成滑动副，通过滑块与滑槽限制电动机绕支架的转动自由度，防止电动机上下移动时转动，保证刀片转动半径的调节精度;刮除的虚泥饼通过设置于仿地井筒基座的正下方的底座盛接，避免虚泥饼污染实验台。
[0015]与现有的玻璃棒刮泥饼技术相比，本发明提供的室内实验用泥饼厚度精细控制装置具有如下有益效果:
[0016]1、本发明利用螺旋微调器对泥饼厚度进行精细控制，改变了传统玻璃棒刮泥饼不均匀的缺陷，利用电动机的带动，提高实验室去除虚泥饼的速率，极大地提高了实验准确度，可以精细控制泥饼厚度，为研究涉及到泥饼厚度的科研问题提供便利。
[0017]2、本发明提供的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，各组成部分结构简单，易于操作，精度较高，可靠性强，装置制作工艺简单易行，和顾军教授研制出的仿地井筒制备装置配合使用，具有广阔的推广应用前景。
【附图说明】
[0018]图1为本发明提供的室内实验用泥饼厚度精细控制装置的结构示意图。
[0019]图2为图1的主视图。
[0020]图3为图1的左视图。
[0021]图4为图1拆除电动机后的俯视图。
[0022]图5为螺旋微调器的外部结构图。
[0023]图6为螺旋微调器的内部结构图。
[0024]其中，1-支架，2-刮刀组件，3-螺旋微调器，4-仿地井筒基座，5-电机固定组件，6_底座，7-滑槽，8-横杆，9-刻度尺，10-精调旋钮，11-粗调旋钮，12-电动机，13-刀片，14-转杆，15-刀片紧固件，16-螺纹紧固件，17-电机固定筒，18-刀片槽，19-刻度，20-外齿圈，21-太阳轮，22-行星轮，23-连接杆，24-齿轮，25-齿条，26-行星架，261-太阳轮支架，262-L型行星轮支架。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
[0026]本发明提供的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其结构如图1所示，包括支架1、刮刀组件2、螺旋微调器3、仿地井筒基座4、电机固定组件5和底座6，刮刀组件2、螺旋微调器
3、仿地井筒基座4和底座6从上至下顺序安装于支架I上，底座6尺寸为200*120*10mm，支架I直径为10mm、长度设计值为600mm，底座6位于仿地井筒基座4的正下方，所述仿地井筒基座4与支架I固连，仿地井筒基座4高度为50mm、内径为10mm(仿地井筒的外径为100mm)、壁厚为10mm、距离底座上表面为150mm，电机固定组件5用于支撑刮刀组件2中的电动机12，螺旋微调器3的位置与刮刀组件中刀片13的高度相对应；
[0027]参见图2至图4，所述刮刀组件2包括电动机12、转杆14、刀片13和刀片紧固件15，电动机12的转轴与转杆14固连，转杆14的轴线与仿地井筒基座4的轴线重合，转杆中沿轴向开设有贯穿转杆的刀片槽18，刀片通过刀片紧固件固定于刀片槽18中，刀片长120mm、宽、25mm，刀刃倾斜角的设定值为45°，刀片底部距离转杆底部为20mm，以保证下一步微调工作的顺利进行；
[0028]参见图2，所述电机固定组件2包括电机固定筒17、横杆8和螺纹紧固件16，电动机12安装于电机固定筒17中，横杆8的一端与电机固定筒17的侧面固连、另一端通过螺纹紧固件16固定于支架I上，支架I上沿轴向开设有滑槽7，横杆靠近支架的端部上设有与滑槽相匹配的滑块，滑块与滑槽7构成滑动副，滑槽的长度为300mm、宽为6mm，滑槽底端距离仿地井筒基座4的顶面垂直距离为100mm、距离底座6底面(实验台)310mm;
[0029]参见图5和图6，所述螺旋微调器包括粗调旋钮11、精调旋钮10、行星轮系、连接杆23、刻度尺9和齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿轮24封装于支架I内部、齿条25固定于支架上沿水平方向开设的安装孔中并且与刀片13的刀背相对，刻度尺9与齿条固连并且刻度尺9与刀片的刀背相接触，所述行星轮系由外齿圈20、太阳轮21、行星轮22和行星架26构成，粗调旋钮11与外齿圈20固连，精调旋钮10连接太阳轮21，粗调旋钮和精调旋钮的外表面上均设有刻度19，所述连接杆23呈弯折状、由3段折臂构成，两段水平折臂分别固定于竖直折臂的两端并且位于竖直折臂的两侧，其中一段水平折臂位于支架I外并且固定于外齿圈20上、另一段水平折臂安装于支架I中并且与齿轮24连接，太阳轮和行星轮均通过行星架与齿轮连接，所述行星架26呈人字形，包括太阳轮支架261和L型行星轮支架262，太阳轮支架的两端分别位于太阳轮和齿轮中心开设的安装孔中并且与安装孔间隙配合，L型行星轮支架的一端套于太阳轮支架上并且与太阳轮支架间隙配合、另一端与行星轮的中心固连。
[0030]该室内实验用泥饼厚度精细控制装置与顾军教授的发明专利“一种仿地井筒及其制备方法”(专利号ZL200810047342.3)提供的仿地井筒配合使用，具体操作步骤如下:
[0031](I)首先制备具有特定渗透率及孔隙度的仿地井筒，密封仿地井筒的一端，将钻井液置于仿地井筒中一段时间，模拟钻井液向仿地井壁的静态滤失而获得具有未知厚度的泥饼，并将仿地井筒放入仿地井筒基座4中；
[0032](2)然后将清洗干净的刀片13装入刀片槽18内，松开电动机12的螺纹紧固件16，将电机固定组件5和刮刀组件2共同向下移动一段距离并固定，目的是使刀片13的旋转半径可以得到调节；
[0033](3)从螺旋微调器3的起始位置调节旋钮，先用粗调旋钮11调节，快接近指定泥饼厚度时，改用精调旋钮10调节至指定刻度，通过刻度尺9达到调节刀片旋转半径的目的；
[0034](4)待调整好刀片13且固定后，将螺旋微调器恢复至原位，将电机固定组件5和刮刀组件2共同下到滑槽7末端并固定，在底座6上放置烧杯，打开电动机12，通过电动机12的低速旋转，带动刀片13的旋转，制得指定厚度的泥饼，去除的虚泥饼落入烧杯中，防止钻井液污染试验台；
[0035](5)在电动机12旋转15秒后，关闭电动机12，为防止拆卸过程中刀片触碰到泥饼内壁，先松开刀片13的刀片紧固件15，将刀片13向转杆中心移动一段距离，在保证刀片13不会碰到泥饼后，松开电动机12的螺纹紧固件16，将电机固定组件5和刮刀组件2共同向上滑动，待转杆2底部完全离开仿地井筒后，固定电机固定组件5和刮刀组件2，将刀片13卸下来清洗干净，待下次使用；
[0036](6)取出仿地井筒，一个样品完成。
【主权项】
1.一种室内实验用泥饼厚度精细控制装置，至少包括支架和安装于支架上的刮刀组件，其特征在于:支架上安装有螺旋微调器和仿地井筒基座，刮刀组件、螺旋微调器和仿地井筒基座从上至下顺序安装于支架上，螺旋微调器的位置与刮刀组件中刀片的高度相对应;所述刮刀组件包括电动机、转杆、刀片和刀片紧固件，电动机的转轴与转杆固连，转杆的轴线与仿地井筒基座的轴线重合，转杆中沿轴向开设有贯穿转杆的刀片槽，刀片通过刀片紧固件固定于刀片槽中；所述螺旋微调器包括粗调旋钮、精调旋钮、行星轮系、连接杆、刻度尺和齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿轮封装于支架内部、齿条固定于支架上沿水平方向开设的安装孔中并且与刀片的刀背相对，刻度尺与齿条固连并且刻度尺与刀片的刀背相接触，所述行星轮系由外齿圈、太阳轮、行星轮和行星架构成，粗调旋钮与外齿圈固连，精调旋钮连接太阳轮，连接杆的一端突出于支架并且固定于外齿圈上、另一端位于支架内部并且与齿轮连接，太阳轮和行星轮均通过行星架与齿轮连接，行星架与齿轮间隙配合，粗调旋钮和精调旋钮的外表面上均设有刻度。2.根据权利要求1所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:所述电动机通过电机固定组件与支架连接，所述电机固定组件包括电机固定筒、横杆和螺纹紧固件，电动机安装于电机固定筒中，横杆的一端与电机固定筒的侧面固连、另一端通过螺纹紧固件固定于支架上。3.根据权利要求2所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:所述支架上沿轴向开设有滑槽，横杆靠近支架的端部上设有与滑槽相匹配的滑块，滑块与滑槽构成滑动副。4.根据权利要求1所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:支架上设有底座，底座位于仿地井筒基座的正下方。5.根据权利要求1所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:所述行星架呈人字形，包括太阳轮支架和L型行星轮支架，太阳轮支架的两端分别位于太阳轮和齿轮中心开设的安装孔中并且与安装孔间隙配合，L型行星轮支架的一端套于太阳轮支架上并且与太阳轮支架间隙配合、另一端与行星轮的中心固连。6.根据权利要求1所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:所述仿地井筒基座与支架固连，仿地井筒基座的内孔孔径等于仿地井筒的外径。7.根据权利要求1所述的室内实验用泥饼厚度精细控制装置，其特征在于:所述连接杆呈弯折状、由3段折臂构成，两段水平折臂分别固定于竖直折臂的两端并且位于竖直折臂的两侧，其中一段水平折臂位于支架外并且固定于外齿圈上、另一段水平折臂安装于支架中并且与齿轮连接。
【文档编号】G05D5/03GK105867438SQ201610396500
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】秦磊斌, 顾军, 郝海洋
【申请人】中国地质大学（武汉）