黏附系數(shù)測定儀黏附裝置的研究

陳延濱，李進(jìn)，趙建剛，鄧都都，李梅楠，王雪竹

黏附系數(shù)測定儀黏附裝置的研究

陳延濱，李進(jìn)，趙建剛，鄧都都，李梅楠，王雪竹

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

本文介紹了黏附系數(shù)測定儀工作原理，指出黏附盤與泥餅黏附方式不同會影響測試結(jié)果，介紹了傳統(tǒng)黏附方式、彈簧黏附裝置、氣源黏附裝置、螺旋傳動黏附裝置等幾種黏附盤的黏附裝置。

黏附系數(shù)；測定儀；鉆井液；研究

0 前言

黏附系數(shù)測定儀用來測定鉆井液的“卡鉆趨勢(Stuck Pipe Tendency)”及評價鉆井液中潤滑劑的作用效果。在測量過程中，通過測定所得泥餅的面積就可計算出黏附系數(shù)，直接得到測試結(jié)果。黏附系數(shù)既要考慮泥餅的摩阻性或黏滯性，也要考慮在井孔中發(fā)生卡鉆產(chǎn)生的泥餅量。所用鉆井液產(chǎn)生卡鉆情況及所用處理劑效果如何，在現(xiàn)場就可立即測定出來。該設(shè)備通常用二氧化碳或者氮氣加壓，標(biāo)準(zhǔn)測試為在體積約為200 mL的不銹鋼泥漿杯中施加3292 kPa(477.5 PSI)的壓力[1]。

該儀器首先做一個中壓失水實驗，做失水實驗時，黏附盤與泥漿杯底有一段距離，如圖2所示，失水實驗完畢后，形成濾餅，通過外力將黏附盤與泥餅進(jìn)行貼合黏附。最后用指針式扭力扳手進(jìn)行扳動，測得黏附盤最大黏附力，如圖1所示。

圖1 黏附系數(shù)測定儀工作狀態(tài)

1.泥漿杯；2.密封圈；3.濾網(wǎng)支撐；4.濾網(wǎng)壓蓋；5.濾網(wǎng)；6.濾紙；7.聚四氟壓環(huán)；8.密封圈；9.安裝柱；10.密封圈；11.杯蓋；12.密封圈；13.閥桿；14.密封圈；15.黏附盤；16.固定螺栓。

在實驗過程中筆者發(fā)現(xiàn)，由于泥漿杯內(nèi)有壓力，黏附盤與泥餅是不容易黏附的，尤其是泥餅比較薄的狀態(tài)；另外，黏附盤與泥餅黏附的方式不同與測試結(jié)果有很大的不同。

目前，使黏附盤與泥餅黏附的黏附裝置有以下幾種：傳統(tǒng)黏附方式、彈簧黏附裝置、氣源黏附裝置和螺旋傳動黏附裝置。下面將這幾種黏附裝置做簡要分析。

1 傳統(tǒng)黏附方式

傳統(tǒng)黏附方式如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)黏附方式

手動按壓桿，采用杠桿原理進(jìn)行加壓，這種加壓方式比較簡單。但是，手在整個操作過程中施力容易忽大忽小，黏附盤與泥餅黏附時容易失敗。有的實驗人員為了避免實驗失敗，將施加力的一端更換成一定質(zhì)量的重物，如圖4所示的恒重加壓裝置，這樣大大提高了實驗的成功率，但是整個儀器重心不穩(wěn)，容易翻倒。

1.加壓桿；2.黏附盤；3.泥漿杯；4.連接鏈；5.重物；6.托盤；7.加長加重底座；8.支撐橫梁；9.上閥桿；10.支撐桿；11.下閥桿。

這種如圖4所示的恒重加壓裝置由重錘、加壓桿、黏附盤、支撐桿、支撐橫梁組成，底座是加長加重底座，支撐桿與支撐橫梁連接安裝在加長加重底座上，泥漿杯、用于壓實泥餅的閥桿以及黏附盤分別安裝在支撐桿上，加壓桿與支撐橫梁連接，加壓桿上懸掛有一定質(zhì)量的重塊，該加壓方式輸出穩(wěn)定的壓力，測量鉆井液黏附系數(shù)比較精準(zhǔn)。但是存在重心不穩(wěn)容易翻倒的潛在危險[5]。

2 彈簧黏附裝置

傳統(tǒng)黏附方式有著很大的不方便性和不穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)黏附方式基礎(chǔ)上，有人進(jìn)行了彈簧黏附裝置的設(shè)計圖5所示。

圖5 彈簧黏附裝置

結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，底座通過壓制架的彎卡扣固定，彎卡扣設(shè)在底座套的外側(cè)，底座套的內(nèi)側(cè)通過下活動軸與壓制架主體的一端連接，壓制架主體的另一端通過上活動軸連接壓制架手柄，且壓制架手柄上安設(shè)拉力彈簧，濾失完畢后，一手用加壓桿扣住支架橫梁用力將黏附盤壓下，一手同時把加壓桿卡下的圓固定環(huán)掛上拉力彈簧，下壓壓制架手柄，放入手柄槽，使得黏附盤與泥餅黏附。在工作狀態(tài)下，彈簧處于拉伸狀態(tài)，彈簧的拉伸量每次實驗是一致的，根據(jù)胡克定律，彈簧產(chǎn)生的力每次實驗是相等的，即可保證實驗人員的可操作性又能保證實驗的成功率[4]。

1.加壓桿；2.加壓桿圓固定環(huán)；3.拉力彈簧；4.轉(zhuǎn)軸；5.壓制架手柄；6.下活動軸；7.彎卡扣；8.支撐架；9.支撐盤；10.泥漿杯；11.下閥桿；12.底座；13.上閥桿；14.底座套；15.壓制架主體。

3 氣源黏附裝置

根據(jù)上述幾種裝置的優(yōu)缺點，設(shè)計了氣源黏附裝置如圖7所示，氣源黏附裝置是通過氣體進(jìn)行加壓，加壓的力可以通過調(diào)壓閥進(jìn)行精確控制，大大提高了實驗成功率，不同實驗人員作出的實驗結(jié)果也有可比性。

1.外殼；2.彈簧；3.密封圈；4.活塞；5.密封圈；6.氣源接頭；7.密封圈。

如圖8所示實物圖氣源黏附裝置采用顎式結(jié)構(gòu)與實驗杯體連接，通過活塞壓彈簧作用在黏附盤上[3]。

圖8 氣源黏附裝置

4 螺旋黏附裝置

另外一種黏附裝置是螺旋黏附裝置如圖9所示，通過螺旋傳動施加外力作用在黏附盤上。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，但是螺旋傳動旋轉(zhuǎn)時，黏附盤也有跟著旋轉(zhuǎn)的趨勢，有時黏附效果不好，黏附盤跟著轉(zhuǎn)動，從而破壞實驗的原始狀態(tài)，使得實驗結(jié)果有所偏差。

5 結(jié)論

本文介紹了黏附系數(shù)測定儀工作原理，指出黏附盤與泥餅黏附的方式不同對測試結(jié)果有很大的影響。介紹了幾種黏附盤的黏附裝置：傳統(tǒng)黏附方式、彈簧黏附裝置、氣源黏附裝置、螺旋傳動黏附裝置。

圖9 螺旋黏附裝置

(1)傳統(tǒng)加壓方式實驗容易失敗；

(2)彈簧黏附裝置保證實驗人員的可操作性又能保證實驗的成功率；

(3)氣源黏附裝置加壓的力可以精確控制，大大提高了實驗的準(zhǔn)確性，是值得推薦的一種加壓方式；

(4)螺旋傳動黏附裝置容易使得黏附盤也跟著旋轉(zhuǎn)從而破壞實驗的原始狀態(tài)，使得實驗結(jié)果有所偏差。

[1] Fann. Differential Sticking Tester Instruction Manual[Z]. Fann instrument company.

[2] 余驊. 起下鉆過程中引發(fā)的井筒波動壓力研究[D]. 成都: 西南石油大學(xué), 2014.

[3] 海通達(dá). 黏附系數(shù)測定儀說明書[Z]. 青島:海通達(dá)儀器有限公司,2007.

[4] 中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司，中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司.泥餅粘附系數(shù)測定儀壓制架：201520096647.9[P].2015-08-12.

[5] 中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司鉆采工藝研究院. 一種帶有恒重加壓裝置的泥餅粘附系數(shù)測定儀: 201320572748X[P]. 2013-09-16.

2017-01-05

陳延濱(1978-)， 男，黑龍江依蘭人，工學(xué)碩士，北京探礦工程研究所，高級工程師，長期從事鉆探泥漿儀器的研發(fā)、售后服務(wù)工作，北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號探工樓102室，Tel：010-82321596。

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