[發(fā)明專利]一種濾餅強(qiáng)度分層測(cè)試裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610016365.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN105675407A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃盛;郭小陽;張興國(guó);李早元;程小偉;劉健;李明;辜濤;柳洪華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣勘探開發(fā)過程中一種濾餅強(qiáng)度的測(cè)試裝置和測(cè)試方法。

背景技術(shù)

油氣井鉆井過程中，鉆井液在井壁濾失形成的濾餅是減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層損害、保持井壁 穩(wěn)定和井眼質(zhì)量的重要因素。根據(jù)現(xiàn)有研究認(rèn)為，由于鉆井液固相顆粒尺寸差異，濾餅在厚 度方向上存在強(qiáng)度、密實(shí)程度差異。靠近表面結(jié)構(gòu)疏松的虛泥餅對(duì)固井質(zhì)量非常不利，會(huì)降 低水泥環(huán)與井壁膠結(jié)質(zhì)量，后期可能形成流體竄流通道。因此，在循環(huán)洗井和頂替過程中希 望盡可能清除井壁濾餅，或清除虛濾餅，留下結(jié)構(gòu)致密部分。由于濾餅的強(qiáng)度、密實(shí)程度分 布差異，通常在研究中根據(jù)其力學(xué)特征人為進(jìn)行分層(實(shí)際泥餅中并不存在分層結(jié)構(gòu)，是連 續(xù)變化的)，不同層間濾餅的固相組成，顆粒粒徑分布等是影響其物理性能(力學(xué)強(qiáng)度、滲透 率、孔隙度等)的關(guān)鍵。根據(jù)分層研究方法，可認(rèn)為當(dāng)層與層間強(qiáng)度小于環(huán)空流體產(chǎn)生的壁 面剪切應(yīng)力時(shí)，濾餅可被破壞沖刷掉。因此，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)濾餅層間強(qiáng)度可為濾餅清除提供更 合理的依據(jù)。

目前濾餅強(qiáng)度的測(cè)量大多采用的是各種類型的針入方式，通過探針縱向插入濾餅，測(cè)量 濾餅在縱向作用下的力學(xué)變化。這種方法優(yōu)點(diǎn)在于能對(duì)同一試樣進(jìn)行多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果能 直觀反映濾餅強(qiáng)度沿縱向方向上的變化。但得到的強(qiáng)度并非濾餅層間強(qiáng)度，探針作用力方向 垂直于濾餅，與環(huán)空流體流動(dòng)產(chǎn)生的壁面剪切力作用方向不符，針入法得到的強(qiáng)度難以建立 與壁面剪切應(yīng)力的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種濾餅強(qiáng)度分層測(cè)試裝置，該裝置原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于 操作，可測(cè)試兩類不同形狀的濾餅試樣：附著在圓柱形巖芯上的濾餅試樣，附著在濾紙、濾 網(wǎng)等平面過濾介質(zhì)上的濾餅試樣，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述裝置對(duì)濾餅強(qiáng)度進(jìn)行分層測(cè)試的方法，該方法可 根據(jù)固井前濾餅清除的要求，提供更準(zhǔn)確的濾餅強(qiáng)度量化方法，為建立層間強(qiáng)度與壁面剪切 應(yīng)力關(guān)系提供依據(jù)，指導(dǎo)固井前的濾餅清除。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的基本原理為刮削法，可測(cè)試兩類不同形狀的濾餅試樣：附著在圓柱形巖芯上的 濾餅試樣，附著在濾紙、濾網(wǎng)等平面過濾介質(zhì)上的濾餅試樣。測(cè)試圓柱形試樣時(shí)，刮刀刀刃 平行于巖芯軸線方向，插入濾餅一定深度保持靜止，圓柱形試樣在電機(jī)帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，刮 刀插入部分濾餅被刮下，裝置記錄下濾餅強(qiáng)度；測(cè)試平面試樣時(shí)，試樣固定在平板夾持器上， 刮刀刀刃垂直于運(yùn)動(dòng)方向，插入濾餅一定深度，在水平伺服電機(jī)帶動(dòng)下作勻速水平運(yùn)動(dòng)，刮 刀插入部分濾餅被刮下，裝置記錄下濾餅強(qiáng)度。

一種濾餅強(qiáng)度分層測(cè)試裝置，由刮刀組件、傳感器組件、運(yùn)動(dòng)組件、巖芯夾持組件或平 板夾持器、控制組件、數(shù)據(jù)采集與輸出組件組成。

所述刮刀組件由刮刀和夾具組成，刮刀刃口形狀為水平線型，刮刀由夾具固定，可根據(jù) 需要更換刮刀。夾具可旋轉(zhuǎn)，刮刀組件與運(yùn)動(dòng)組件相連。

所述運(yùn)動(dòng)組件由兩部伺服電機(jī)、橫向游梁、縱向游梁、步進(jìn)電機(jī)組成。一部伺服電機(jī)與 刮刀組件相連接，伺服電機(jī)可帶動(dòng)刮刀組件沿橫向游梁進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)。另一部伺服電機(jī)連接 在橫向游梁兩端，帶動(dòng)橫向游梁、上一部伺服電機(jī)和刮刀組件整體沿縱向游梁進(jìn)行上下垂直 運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)與巖芯夾持組件中巖芯夾持器相連接。

所述傳感器組件由壓力傳感器、位移傳感器、旋轉(zhuǎn)角度傳感器組成。壓力傳感器安裝于 刮刀夾具上，與刮刀接觸，用于采集刮刀刀頭刮削時(shí)產(chǎn)生的力值。位移傳感器與運(yùn)動(dòng)組件的 水平伺服電機(jī)、縱向伺服電機(jī)連接，分別記錄運(yùn)動(dòng)組件進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平位移量和縱向 位移量。旋轉(zhuǎn)角度傳感器連接運(yùn)動(dòng)組件的步進(jìn)電機(jī)，記錄旋轉(zhuǎn)角度。

所述巖芯夾持組件由巖芯夾持器、尾架組成。巖芯夾持器與尾架用于夾持和固定圓柱形 試樣，巖芯夾持器后端與步進(jìn)電機(jī)相連接，前端為爪型卡盤，可夾持不同直徑的巖芯試樣， 帶動(dòng)巖芯作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。尾架安裝在底座滑軌上。

所述平板夾持器用于固定附著在濾紙、濾網(wǎng)等平面過濾介質(zhì)上的試樣，測(cè)試時(shí)，拆掉巖 芯夾持組件，安裝平板夾持器。

所述控制組件由可編程邏輯控制器(PLC)、伺服驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器組成。PLC通過接 收輸入的運(yùn)動(dòng)組件速度參數(shù)，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后輸出指令至伺服驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器， 驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。