一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置及方法，涉及堵漏材料测试领域，包括釜体，釜体的上下两端分别设置有顶盖和底盖，顶盖、釜体和底盖形成测试空间；测试空间内设置有筛网、压板和压力传感部件；筛网与压板之间用于放置目标离散颗粒堵漏材料；压板上设置有穿出顶盖的进料柱；顶盖上设置有用于测量压板或进料柱位移量的位移测量部件；顶盖内设置有用于向压板施压的液压执行部件；顶盖内设置有用于夹持岩心的夹持器，夹持器与电机的转轴相连。本发明专利技术可以施加符合实际井下环境的压力，过滤掉发生粒度降级的颗粒，获取目标离散颗粒堵漏材料的粒度降级率，并实时获取目标离散颗粒堵漏材料与岩心壁面的摩擦力和摩擦系数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及堵漏材料测试领域，具体涉及一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置及方法。

技术介绍

[0002]在勘探钻井过程中，出现井漏时需要形成封堵带进行封堵，否则将浪费钻井液。封堵带是由堵漏材料构成的颗粒物质体系，其结构主要受堵漏材料性能参数影响，堵漏材料的力学参数包括摩擦系数、承压能力等，其中堵漏材料摩擦系数指的是堵漏材料与井壁或管道内壁之间的摩擦阻力大小，它是衡量堵漏材料在井壁或管道内壁上的附着能力的指标之一。一般来说，摩擦系数越大，堵漏材料的附着能力越强，能够更好地填补缝隙和孔洞，从而降低漏失程度；摩擦系数较小的堵漏材料则容易从裂缝中流失，无法有效地阻止漏失的发生，因此维持岩石表面与堵漏材料之间的高摩擦系数是保持封堵带稳定性的关键。
[0003]同时，裂缝面的粗糙度对封堵体的稳定性也有很大的影响，堵漏材料在裂缝面上挂阻、架桥形成稳定的封堵带，裂缝面与封堵带之间的摩擦力是阻止封堵带在压差作用下向裂缝中移动的主要作用力。因此，设计模拟高温高压地层条件下堵漏材料滑动/滚动摩擦系数测量装置对解决井漏问题具有重要意义。
[0004]现有的离散颗粒堵漏材料摩擦系数测量装置包括申请号为CN202011012107.X，以及申请号为CN201710028335.8的中国专利，上述两个专利的实验方法为将离散颗粒堵漏材料及岩板分别放置在载物台及测试车中，通过电机拉动测试车，测量测试车的移动速度、拉力大小，根据摩擦系数公式计算摩擦系数大小。该装置及方法可测量离散颗粒堵漏材料与岩石壁面的摩擦系数，但仍存在以下不足：1、只考虑了天然裂缝中离散颗粒堵漏材料与岩石壁面的摩擦，但没有考虑诱导裂缝情况，诱导裂缝中存在较高的闭合应力，会导致离散颗粒堵漏材料发生粒度降级及磨损情况，发生粒度降级的离散颗粒堵漏材料不仅会逃逸出测试车，还会改变离散颗粒堵漏材料的摩擦系数；2、只能通过添加砝码的方式进行加压，加压力度较小，难以匹配实际的井下环境。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置及方法解决了现有摩擦系数测试装置难以准确测试离散颗粒堵漏材料摩擦系数的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置，其包括釜体，釜体的上下两端分别设置有顶盖和底盖，顶盖、釜体和底盖形成测试空间；测试空间内设置有筛网，测试空间内且筛网的上方设置有压板；筛网与压板之间用于放置目标离散颗粒堵漏材料；压板上设置有穿出顶盖的进料柱；测试空间内且筛网的上方、压板的下方设置有压力传感部件；压板
上设置有供岩心穿过的孔；进料柱上设置有阀门；顶盖上设置有用于测量压板或进料柱位移量的位移测量部件；顶盖内设置有用于向压板施压的液压执行部件；顶盖内设置有用于夹持岩心的夹持器，夹持器与电机的转轴相连；岩心的底部与筛网的间距小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；压板上的孔的直径与岩心的外径之差小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；压板的外径与测试空间的横向直径之差小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；液压执行部件与外部液压系统相连，外部液压系统、压力传感部件、位移测量部件、电机分别与上位机相连。
[0007]提供一种基于离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置的摩擦系数测试方法，其包括以下步骤：S1、将筛网放置于测试空间内，通过夹持器夹持岩心；将压板放入测试空间内并初步固定于目标高度；S2、启动电机以恒定转速带动岩心绕轴心线转动，通过上位机获取岩心空转时的扭矩曲线；S3、关闭电机，通过进料柱放入目标离散颗粒堵漏材料，直至填满筛网与压板之间的空间，关闭阀门；S4、通过液压执行部件向压板施加压力，并通过压力传感部件获取目标离散颗粒堵漏材料所受的实际压力值；S5、通过位移测量部件记录当前压板或进料柱的位置，进而获取目标离散颗粒堵漏材料与岩心初始接触面积；S6、启动电机以恒定转速带动岩心绕轴心线转动，通过上位机获取岩心的实时扭矩曲线、目标离散颗粒堵漏材料与岩心的实时接触面积、目标离散颗粒堵漏材料所受的实时压力值；S7、关闭电机，获取筛网下的目标离散颗粒堵漏材料的质量和加入的目标离散颗粒堵漏材料总质量，得到目标离散颗粒堵漏材料的粒度降级率；S8、根据实时扭矩曲线、目标离散颗粒堵漏材料与岩心的实时接触面积、目标离散颗粒堵漏材料所受的实时压力值计算目标离散颗粒堵漏材料与岩心壁面的摩擦力和摩擦系数。
[0008]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术可以施加符合实际井下环境的压力，过滤掉发生粒度降级的颗粒，获取目标离散颗粒堵漏材料的粒度降级率，并实时获取目标离散颗粒堵漏材料与岩心壁面的摩擦力和摩擦系数。
[0009]2、本专利技术在测试过程中，除了对目标离散颗粒堵漏材料施加压力外，并不固定目标离散颗粒堵漏材料，使得目标离散颗粒堵漏材料的运动自由度与井下实际环境相同，更能准确模拟出目标离散颗粒堵漏材料在井下环境的实际摩擦力和摩擦系数。
[0010]3、本专利技术通过角度传感器来监测压板的倾斜角度，避免压板因倾斜角度过大导致压力不均衡和目标离散颗粒堵漏材料与岩心接触面的不可控变化，使得测试结果更加可靠，并在倾斜角度超过设定阈值时提前结束试验，避免浪费时间和材料。
[0011]4、本专利技术通过非接触式的视觉方案进行位移测量，可以减少对摩擦系数测试的干扰，且视觉方案的测量方式可以实现较高的数据获取频率，提高测试精度。
[0012]5、本专利技术的Z字型槽体和挡块配合使用，可以避免活塞脱离管体，还可以通过控制Z字型槽体拐角处的位置来实现活塞被挡块限位时，活塞的前端与釜体的内壁齐平，有助于保持釜体内壁的完整性，同时不影响活塞往压力传感器方式传递压力。
[0013]6、本专利技术通过在活塞与压力传感器之间填充液体介质，即保证了压力的传递，还可以进行散热，避免被加热的目标离散颗粒堵漏材料和釜体直接与压力传感器接触，使压力传感器工作在更合适的温度环境下。
附图说明
[0014]图1为本装置的结构示意图；图2为压力传感部件的结构示意图；图3为Z字型槽体结构示意图。
[0015]其中：1、顶盖；2、釜体；3、底盖；4、筛网；5、岩心；6、夹持器；7、电机；8、压板；9、进料柱；10、压力传感部件；11、液压执行部件；12、角度传感器；13、阀门；14、标识板；15、摄像头；16、管体；17、活塞；18、压力传感器；19、挡块；20、Z字型槽体；21、加注口。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0017]如图1所示，该离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置包括釜体2，釜体2的上下两端分别设置有顶盖1和底盖3，顶盖1、釜体2和底盖3形成测试空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置，其特征在于，包括釜体（2），釜体（2）的上下两端分别设置有顶盖（1）和底盖（3），顶盖（1）、釜体（2）和底盖（3）形成测试空间；测试空间内设置有筛网（4），测试空间内且筛网（4）的上方设置有压板（8）；筛网（4）与压板（8）之间用于放置目标离散颗粒堵漏材料；压板（8）上设置有穿出顶盖（1）的进料柱（9）；测试空间内且筛网（4）的上方、压板（8）的下方设置有压力传感部件（10）；压板（8）上设置有供岩心（5）穿过的孔；进料柱（9）上设置有阀门（13）；顶盖（1）上设置有用于测量压板（8）或进料柱（9）位移量的位移测量部件；顶盖（1）内设置有用于向压板（8）施压的液压执行部件（11）；顶盖（1）内设置有用于夹持岩心（5）的夹持器（6），夹持器（6）与电机（7）的转轴相连；岩心（5）的底部与筛网（4）的间距小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；压板（8）上的孔的直径与岩心（5）的外径之差小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；压板（8）的外径与测试空间的横向直径之差小于目标离散颗粒堵漏材料的直径；液压执行部件（11）与外部液压系统相连，外部液压系统、压力传感部件（10）、位移测量部件、电机（7）分别与上位机相连。2.根据权利要求1所述的离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置，其特征在于，位移测量部件包括设置在顶盖（1）上的摄像头（15），以及设置在进料柱（9）上的标识板（14）；标识板（14）上设置有若干不同颜色的标识点；摄像头（15）与上位机相连，用于获取包含标识点的图像，并通过上位机基于包含标识点的图像得到标识点的位移数据，进而得到进料柱（9）和压板（8）的位移数据。3.根据权利要求1所述的离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置，其特征在于，进料柱（9）与压板（8）垂直，进料柱（9）上设置有角度传感器（12），角度传感器（12）与上位机相连；底盖（3）为U字型；筛网（4）为20目标准筛网，筛网（4）设置在釜体（2）上；釜体（2）上设置有加热线圈，加热线圈与上位机相连。4.根据权利要求1所述的离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置，其特征在于，压力传感部件（10）包括贯穿在釜体（2）上的管体（16），管体（16）的前端设置有活塞（17），管体（16）的末端设置有压力传感器（18）；活塞（17）的表面设置有Z字型槽体（20）；管体（16）上设置有与Z字型槽体（20）相配合的挡块（19），用于对活塞（17）进行限位；管体（16）上且活塞（17）与压力传感器（18）之间设置有加注口（21）；活塞（17）与压力传感器（18）之间填充有液体介质；压力传感器（18）与上位机相连。5.一种基于权利要求1~4任一所述的离散颗粒堵漏材料摩擦系数测试装置的摩擦系数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将筛网（4）放置于测试空间内，通过夹持器（6）夹持岩心（5）；将压板（8）放入测试空间内并初步固定于目标高度；S2、启动电机（7）以恒定转速带动岩心（5）绕轴心线转动，通过上位机获取岩心（5）空转时的扭矩曲线；S3、关闭电机（7），通过进料柱（9）放入目标离散颗粒堵漏材料，直至填满筛网（4）与压板（8）之间的空间，关闭阀门（13）；S4、通过液压执行部件（11）向压板（8）施加压力，并通过压力传感部件（10）获取目标离散颗粒堵漏材料所...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕格格，佘继平，张世玉，李慧敏，王云飞，龚芙蓉，张浩，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
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