[發明專利]一種用于研究鉆桿與套管摩擦磨損的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910023320.1
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109540721A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 毛良杰;閆鑫淼;林百慧;宋思哲;閆爽;張騰月
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/06;G01N5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于研究鉆桿與套管摩擦磨損的實驗裝置及方法，包括底板，支柱，立桿，電機，圓弧齒形帶，圓弧齒形帶輪，主軸箱，主軸，測速儀，滑動導軌，連桿，夾具，試驗腔體，鉆桿，套管，微型鉆井泵，鉆井液循環線，鉆井液儲存箱，加載輪，加載砝碼，施力杠桿，本發明的有益效果是：該裝置新穎、結構緊湊，采集數據精度高，設計結構巧妙，操作方便，模擬鉆井現場鉆桿與套管的摩擦磨損，并利用微型鉆井泵循環鉆井液，在鉆桿與套管摩擦過程中加入鉆進液來研究摩擦磨損情況。

技術領域

本發明涉及一種摩擦磨損裝置，具體為一種用于研究鉆桿與套管摩擦磨損的實驗裝置及方法，屬于摩擦學技術領域。

背景技術

在鉆井過程中，鉆桿相對套管旋轉，兩者之間不可避免存在摩擦磨損，特別時超深超高壓油、氣井，鉆進深度大，鉆井周期長，套管磨損更為嚴重。鉆井“留下”的井筒能否承受試油、完井投產及開發作業“負荷”，應進行評價，以保證壽命期內井筒的安全。這其中一個重要的方面就是套管磨損程度評價，為此，需要利用試驗機模擬鉆井過程中鉆井液對鉆桿和套管之間的摩擦情況，通過改變主軸轉速、壓力、不同的鉆井液等參數或材料，研究不同情況下鉆井液對鉆桿與套管之間的摩擦特性。為探究鉆井過程中鉆井液的摩擦磨損規律提供試驗結論，進而為鉆井時套管、鉆桿的選取、鉆進參數的選取、試油、完井投產及開發作業方案的制訂提供指導。

發明內容

本發明的目的是：提供一種用于研究鉆桿與套管摩擦磨損的實驗裝置及方法，實現模擬鉆桿套管之間的摩擦，造成磨損，為研究鉆井液對鉆桿套管間的摩擦特性提供實驗工具。

本發明采用的技術方案是：一種用于研究鉆桿與套管摩擦磨損的實驗裝置及方法，包括電機輸出端連接有圓弧齒形小帶輪，所述圓弧齒形小帶輪通過皮帶連接有圓弧齒形大帶輪，所述圓弧齒形大帶輪連接有連桿，所述連桿連接有主軸箱，所述的主軸箱底部安裝固定有鉆井液循環管線，所述循環管線連接有鉆井液儲存箱，另一條鉆井液循環管線將鉆井液儲存箱和微型鉆井泵連接，第三條鉆井液循環管線將微型鉆井泵與套管連接，所述主軸箱外殼前面固定安裝有測速儀，所述主軸箱連接有主軸并在兩側連接有滑動導軌，所述主軸連接有鉆桿帶動其旋轉，模擬井中轉速，所述鉆桿延伸到套管內部，所述套管固定放置于試驗腔體內，所述試驗腔體通過支柱立于試驗底板上，所述試驗底板一端有一立桿支撐電機，所述套管兩側連有夾具，所述夾具通過連桿連接滑動導軌，所述主軸箱后部固定安裝有施力杠桿，所述施力杠桿連有加載輪并與鉆桿接觸，所述加載輪連有加載砝碼。

所述主軸外延上表面設有孔洞且能使鉆井液順利進入鉆桿內部，模擬鉆井過程鉆井液從鉆桿中心進入。

所述套管固定安置于試驗腔體內部，且兩側裝有固定板并通過夾具，夾緊，防止套管在實驗時滑動旋轉，模擬鉆井過程中的固井過程。

所述主軸經過精密加工可以帶動鉆桿均勻旋轉，所述主軸箱上裝有監測鉆桿轉速的測速儀保證改變鉆井液濃度時鉆速相同。

所述主軸箱后方連有施力杠桿，所述施力杠桿連有加載輪并與鉆桿接觸，通過進行力的加載，使得鉆桿外環面與套管內環面實現線性接觸。

如圖1所示的裝置，進行鉆桿與套管摩擦磨損的實驗方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、實驗前，將實驗試件浸泡在石油醚中放置于超聲波清洗儀里清洗一分鐘，去除表面的油污便于觀察，烘干后，用鑷子夾取到天平上稱量三次試件的原始重量，計算三次結果的平均值并記為試件的原始重量，使用顯微鏡觀察試件原始表面的形態特征，并保存圖片。

S2、在摩擦磨損試驗機相應位置上固定好鉆桿，用夾具固定好套管，根據現場相關資料設計并設定好轉速、負載正壓力、試驗時間，加入鉆井液進行試驗。

S3、實驗結束，等待實驗機卸載完畢，排完鉆井液后取出鉆桿和套管。