[發(fā)明專利]用于評價深井鉆井液的潤滑性能的實驗裝置與實驗方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410637884.1
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN105628600A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 薛玉志;林永學;褚奇;劉罡;任重;陳泉海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院;湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N19/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種油氣田勘探與開發(fā)領(lǐng)域使用的實驗裝置，具體涉及一種用于 評價深井鉆井液的潤滑性能的實驗裝置與實驗方法。

背景技術(shù)

目前一般使用的潤滑儀并不能同時具備測定鉆桿與巖芯表面濾餅之間的滑 動摩擦系數(shù)、鉆桿與巖芯表面濾餅之間鉆井液潤滑系數(shù)，并且測試條件有限。例 如，經(jīng)常使用的EP極壓潤滑儀，只能測定常溫常壓條件下鉆井液與套管之間的 潤滑系數(shù)，既不能設定高溫高壓的測試環(huán)境，也不能測定鉆桿與巖芯表面濾餅之 間的潤滑系數(shù)，鉆桿與巖芯表面濾餅或套管之間滑動摩擦系數(shù)的測定則更不能 及；美國Magcobar泥漿公司設計的LEM系列潤滑儀是在模擬鉆井液動態(tài)循環(huán)條 件下測定鉆井液的潤滑系數(shù)，并且將最大工作溫度提高到150℃，最大工作壓力 提高到6.9MPa，但是仍也不具備測定鉆桿與巖芯表面濾餅或套管之間的滑動摩擦 系數(shù)的功能。濾餅粘附系數(shù)測定儀雖然可以在一定條件下測定鉆井液在巖芯表面 所形成濾餅的潤滑系數(shù)，但是該儀器并未建立鉆井液的動態(tài)循環(huán)過程，鉆桿在濾 餅表面的滑動與實際現(xiàn)場施工中真實情況有很大出入；其次，該設備不具備測定 鉆桿與濾餅或套管之間潤滑系數(shù)的功能，且最大工作溫度不超過150℃，最大工 作壓力不超過3.5Mpa，這都限制了測試條件，并影響測試參數(shù)的參考價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是，提供一種用于評價深井鉆井液的潤滑性 能的實驗裝置，該實驗裝置能用于模擬深井工況，既能測定鉆桿與巖芯表面濾餅 之間的滑動摩擦系數(shù)，又能測定鉆桿與巖芯表面濾餅之間的鉆井液的潤滑系數(shù)。

針對該問題的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)用于評價深井鉆井液 的潤滑性能的實驗裝置，包括：

復合鉆進實驗系統(tǒng)，其包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、鉆進驅(qū)動機構(gòu)、鉆桿、巖芯、加 熱機構(gòu)和巖芯夾持器，其中，巖芯和加熱機構(gòu)均設在巖芯夾持器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機 構(gòu)和鉆進驅(qū)動機構(gòu)均用于驅(qū)動鉆桿；

鉆井液供給系統(tǒng)，其為復合鉆進實驗系統(tǒng)提供動態(tài)的高壓鉆井液；

壓力機構(gòu)，連接在復合鉆進實驗系統(tǒng)的巖芯上，為鉆桿與形成在巖芯表面的 濾餅之間的摩擦鉆進提供壓力；和

測試與計算單元，用于測試和計算濾餅與鉆桿之間的滑動摩擦系數(shù)和鉆桿與 巖芯表面濾餅之間鉆井液的潤滑系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的用于評價深井鉆井液的潤滑性能的實驗裝置具有 以下優(yōu)點。加熱機構(gòu)和鉆井液供給系統(tǒng)一起能夠模擬深井鉆井中的高溫高壓環(huán) 境。且通過復合鉆進實驗系統(tǒng)可以模擬鉆桿的滑動鉆進和旋轉(zhuǎn)鉆進的復合鉆進過 程，通過測試與計算單元可以實現(xiàn)對鉆桿與巖芯之間的滑動摩擦系數(shù)以及鉆桿與 巖芯之間的鉆井液潤滑系數(shù)的同時測定。因此，既能測定鉆桿與巖芯表面濾餅之 間的滑動摩擦系數(shù)，又能測定鉆桿與巖芯表面濾餅之間的鉆井液的潤滑系數(shù)。另 外，該實驗裝置將滑動鉆進和旋轉(zhuǎn)鉆進進行了整合，減少了配置，與實際工況更 接近。

在一個實施例中，所述鉆桿的兩端分別連接有夾持器保護套筒，兩端的夾持 器保護套筒與巖芯夾持器固定連接，夾持器保護套筒與鉆桿動密封連接。此處設 置的夾持器保護套筒對鉆桿起到了支撐作用，保證鉆桿的順利鉆進。另外，夾持 器保護套筒與鉆桿動密封連接能起到防止鉆井液泄漏的作用。

在一個實施例中，所述壓力機構(gòu)包括活塞缸和為活塞缸提供壓力的機械助力 泵，其中，機械助力泵與活塞缸的無桿腔端連接，活塞缸的活塞桿穿過巖芯夾持 器抵接巖芯為鉆桿與形成在巖芯表面的濾餅之間的摩擦鉆進提供壓力。通過調(diào)節(jié) 機械助力泵能調(diào)整活塞缸對巖芯的作用力，從而調(diào)整鉆桿與形成在巖芯表面的濾 餅之間的貼靠力或壓力的大小。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機，所述鉆進驅(qū)動機 構(gòu)包括鉆進電機。優(yōu)選地，在旋轉(zhuǎn)電機與鉆桿之間連接有扭矩傳感器，在步進電 機與鉆桿之間設有推力傳感器。旋轉(zhuǎn)電機和鉆進電機對鉆桿進行驅(qū)動，從而模擬 鉆桿的復合鉆進。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述加熱機構(gòu)包括電加熱套和用于調(diào)節(jié)電加熱套的 加熱溫度的控溫儀。通過控溫儀能夠調(diào)整電加熱套的加熱溫度，從而方便控制復 合鉆進實驗系統(tǒng)內(nèi)的溫度。

在一個實施例中，所述鉆井液供給系統(tǒng)包括進液通道和回液通道。鉆井液從 進液通道進入復合鉆進實驗系統(tǒng)，然后從回液通道流出。因此，能保證復合鉆進 實驗系統(tǒng)內(nèi)有動態(tài)的鉆井液。