[發明專利]一種基于流體環境的巖塊摩擦系數測量方法與裝置

在審

• 申請號: 201910394673.2
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110082289A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 康毅力;田國豐;許成元;游利軍;閆霄鵬
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于流體環境的巖塊摩擦系數測量方法與裝置，該裝置包括支架組件、滑動組件、恒溫液槽組件、控制組件以及監測組件。通過螺帽調節對鋼輪施加正壓力。壓力傳遞構件將鋼軌對鋼輪的力等效傳遞到上摩擦巖塊上表面。電控液壓裝置作為切向力的動力系統，通過推力桿傳遞推力。盛液槽盛裝實驗流體，通過電加熱絲對實驗流體進行加熱。壓力傳感器監測巖塊所受正壓力和切向力，溫度和位移傳感器分別監測實驗流體溫度和巖塊摩擦的滑動距離，通過計算獲得巖塊摩擦系數。因此，本發明提供的液體環境的巖塊摩擦系數測量方法與裝置適用于不同正應力條件下流體環境的巖塊摩擦系數測量，能夠更加真實地模擬油氣井井下巖塊所處的實際流體環境。

技術領域

本發明涉及巖塊摩擦系數測量實驗的方法與裝置，特別涉及一種基于流體環境的巖塊摩擦系數測量方法與裝置。

背景技術

隨著石油天然氣需求的增長及常規油氣資源的衰竭，深部致密儲層油氣資源勘探開發成為必然的發展趨勢。裂隙巖體的裂隙、節理多尺度發育，裂隙網絡分布復雜，在深部致密儲層的鉆井完井過程中，一方面由于地應力重新分布，造成切向應力增大，容易引發巖塊切向滑移；另一方面由于油氣井工作液浸入裂縫，與裂縫面發生物理化學反應，例如油相潤滑、堿液侵蝕、酸化腐蝕等，降低了接觸面摩擦的系數，更易誘發巖塊滑移。巖塊滑移易造成接觸面凹凸體發生剪切破壞，導致井下出砂問題。導致巖塊滑移的原因是多種多樣的，針對油氣井工作液對巖塊摩擦滑動行為的影響有待深入研究。目前國內外還沒有針對此方面研究的評價裝置，有必要設計一套能夠實現該功能的評價裝置，以期探究油氣井工作液環境下井下巖塊發生摩擦滑動的條件和方式，為強化巖塊摩擦系數、防止巖塊滑移的措施制定提供依據，對控制井壁穩定、防漏堵漏、控制致密儲層出砂等技術對策制訂具有重要意義。

目前，國內外的巖塊摩擦系數測試儀器大都采用直剪法進行的。通常將巖石樣品制作成長方體狀，再進行切割、打磨、拋光，然后放入液體中浸泡，保證完全飽和后平整安放到試驗臺上，使上摩擦巖塊與下摩擦巖塊的摩擦面完全對齊或者相錯，將砝碼或者重物放到上摩擦巖塊上，利用砝碼或重物自重給摩擦面施加正壓力，通過細線將上摩擦巖塊與動力系統相連，用于給上摩擦巖塊施加切向力。通過改變浸泡的液體和正壓力，并記錄切向拉力值及滑移距離，即能計算出不同液體和正壓力作用下的摩擦強度和摩擦系數。

然而上述的直剪法的巖塊摩擦系數測量方面尚存在以下不足：

(1)現有的巖塊摩擦實驗過程未能充分模擬油氣井井下巖塊所處的實際流體環境；

(2)缺少不同正壓力條件下基于流體環境的巖塊摩擦系數的有效方法。

發明內容

本發明提供一種基于流體環境的巖塊摩擦系數的有效測量方法及裝置，適用于不同正壓力條件下流體環境的巖塊摩擦系數測量，能夠更加接近地模擬油氣井井下巖塊所處的實際流體環境。

本發明提供一種基于流體環境的巖塊摩擦系數測量裝置，包括滑動組件、支架組件、恒溫液槽組件、控制組件以及監測組件。

滑動組件包括鋼輪組、壓力傳遞構件、上摩擦巖塊固定構件，鋼輪組包括至少兩個鋼輪組成，用于與鋼輪同材質制成的鋼軌連接，壓力傳遞構件用于將鋼軌對鋼輪的垂直方向上的力等效傳遞到上摩擦巖塊上表面，且作為液壓裝置的推力桿作用點，上摩擦巖塊固定螺栓用于固定上摩擦巖塊；

支架組件包括隔震臺、螺紋支柱、可調節鋼軌、螺母、中間支撐梁、氣泡水平儀，隔震臺用作實驗儀器底座，含調平構件，螺紋支柱的螺紋是外絲螺紋，四根螺紋支柱焊接在隔震臺上，可調節鋼軌由鋼軌和兩個中空的鋼圓柱焊接而成，采用與螺紋支柱匹配的固定螺帽固定鋼軌，中間支撐梁采用與鋼軌同種材料制成，焊接在鋼軌中間，鋼梁兩端同樣采用兩個中空的鋼圓柱焊接，鏈接于另外兩根螺紋支柱上，用于支撐鋼軌中部，提高鋼軌抗彎曲能力，氣泡水平儀安放于鋼軌中間，用于保證鋼軌處于水平狀態；