一種鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆井液性能測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種評價鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)的 測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油鉆探技術(shù)的發(fā)展，大位移井、水平井越來越多，對鉆井液潤滑性能的要求 也越來越高，鉆井液的潤滑性對安全施工起著至關(guān)重要的作用。
[0003] 目前國內(nèi)外針對鉆井液泥餅潤滑性或摩擦系數(shù)研究較少，鮮有文章報道一些評價 泥餅潤滑性的新儀器或新方法。實驗室評價泥餅潤滑性能或摩擦系數(shù)的儀器有滑塊式泥餅 粘滯系數(shù)測定儀，該儀器操作簡單，但也存在一些不足之處：（1)所測量的摩擦系數(shù)為滑塊 開始下滑時的最大靜摩擦力產(chǎn)生的摩擦系數(shù)，并不能真實反應(yīng)動態(tài)摩擦系數(shù)，最大靜摩擦 力要略大于動摩擦力；（2)由于憑人眼觀察滑塊開始下滑時的滑板轉(zhuǎn)角，難免有些滯后于 真實的讀數(shù)，造成誤差偏大。因此，有必要研制一種測量精度高、能夠評價泥餅動態(tài)摩擦系 數(shù)的測量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種泥餅動摩擦系數(shù)的測量裝置，該裝置操作簡單、測量數(shù) 據(jù)準確，能夠準確反應(yīng)鉆井液泥餅的動態(tài)摩擦系數(shù)大小。
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置，在L形支架1的底板上設(shè)有調(diào)平螺釘8,在L形 支架的垂直夾角處鉸鏈活動支板3,活動支板3的另一端鉸鏈滑板2,滑板2傾斜搭接在L 形支架1的底板和立板之間，在滑板2上斜面垂直固定有上固定板4和下固定板5,上下固 定板之間的間距與被測試鉆井液泥餅直徑相同，在上固定板4和下固定板5之間設(shè)置獨立 的圓板滑塊11，圓板滑塊11的直徑遠小于被測試鉆井液泥餅的直徑，在上固定板4和下固 定板5之間還設(shè)有圓板滑塊11滑行時間的計時裝置。
[0007] 上述方案還包括：
[0008] 所述的計時裝置是在上固定板4和下固定板5相對面上分別設(shè)置導(dǎo)電觸頭，導(dǎo)電 觸頭通過導(dǎo)線6與計時器7連接，同時上固定板4和下固定板5設(shè)為導(dǎo)電體并分別與計時 器7連接。
[0009] 所述的計時裝置是在上固定板4和下固定板5相對面上分別設(shè)置導(dǎo)電觸頭，導(dǎo)電 觸頭通過導(dǎo)線6與計時器7連接，同時圓板滑塊11設(shè)為導(dǎo)電體并分別與計時器7連接。
[0010] 在L形支架1夾角處設(shè)置量角器9,量角器9與活動支板3通過旋緊螺釘10固連； 在L形支架1的底板上設(shè)有設(shè)有水平儀，所述的水平儀圓水平泡或者是直水平尺。
[0011] 按照前述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置的測量方法：首先調(diào)整L形支架1的 底板為水平，測量滑板2與底板之間的傾角并記為α，將濾失儀制取的鉆井液泥餅固定在 滑板上，兩端由上下固定板固定；測量上下固定板4、5之間的距離并記為L ;再將已知質(zhì)量 為m、直徑為d的圓板滑塊11放置在泥餅上端，記錄圓形滑塊在落至下固定板的時間并記為 七；最后根據(jù)1^ = 3*1：2/2，及〇1<8；[11(1-? = 111相，計算出摩擦力？，再根據(jù)1(1； = ?/6*(308(1計 算出泥餅的動摩擦系數(shù)Kf。
[0012] 所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置的測量方法的計算步驟：
[0013] 根據(jù)加速度公式可知：
[0014] C1)
[0015]
[0016] (2)
[0017] 根據(jù)力與加速度之間的關(guān)系，得：
[0018] Gsina-F = ma (3)
[0019] 將式⑵帶入上式（3)，得出摩檫力F:
[0020]
(4)
[0021] 因此，動摩擦系數(shù)Kf為：
[0022]
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡單方便，利用力學原理來計算泥餅的動摩擦系數(shù)， 且可以隨意調(diào)整滑板傾角，重復(fù)實驗，數(shù)據(jù)自動采集，測量結(jié)果更準確，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用 于鉆井現(xiàn)場、科研院所及實驗室等部門。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0025] 圖中，1、支架，2、滑板，3、活動支板，4、上固定板，5、下固定板，6、連接線，7、計時 器，8、調(diào)平螺釘，9、量角器，10、旋緊螺釘。
[0026] 圖2是本測量裝置中所涉及圓板滑塊的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0027] 圖3是本測量裝置的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029] 結(jié)合圖1所示，本發(fā)明實施例的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置主要由支架1、滑 板2、活動支板3、上固定板4、下固定板5、連接線6、計時器7、調(diào)平螺釘8、量角器9、旋緊螺 釘10和圓板滑塊圖2組成。
[0030] 其中支架1為L形金屬支架，底部安裝有調(diào)平螺釘8和圓水平泡，用來調(diào)節(jié)整個裝 置的水平；活動支板3 -端與滑板2上的固定軸相連接，一端與L形支架1的軸線相連，而 且可繞軸線旋轉(zhuǎn)，確定角度后將旋緊螺釘10旋緊，從而控制滑板2的傾角大小；上固定板 4和下固定板5均安裝在滑板上，主要起固定泥餅的作用，且上下固定板之間的距離為固定 的，與形成泥餅直徑大小相等；計時器7通過兩根連接線6分別與上固定板4和下固定板 5相連接，連接點為接觸觸頭，接觸觸頭為觸點感應(yīng)自動計時；圓板滑塊為圓形平板式金屬 塊，表面電鍍拋光。當圓板滑塊與上固定板4的接觸觸頭分開時，計時器7開始計時，當圓 板滑塊開始碰到下固定板5的接觸觸頭時，計時器7停止計時。
[0031] 利用上述裝置的測量方法：
[0032] 首先調(diào)整調(diào)平螺釘，使圓水平泡中的氣泡處于中心位置；再調(diào)整活動支板使滑板 處于一個固定的傾角α，將濾失儀制取的泥餅固定在滑板上，兩端由上下固定板固定；上 下固定板之間的距離為L ;再將已知質(zhì)量為m、直徑為d的圓板滑塊放置在泥餅上端，并與上 固定板接觸觸頭相接觸；此時松開手使滑塊在重力分力的作用下開始下滑，同時計時器開 始計時，滑塊落至下固定板接觸觸頭時計時器停止計時，此時記錄下計時器時間t ;最后根 據(jù)L = a*t2/2,及G*sin a -F = m*a，計算出摩擦力F,再根據(jù)Kf = F/(G*cos α )計算出泥 餅的動摩擦系數(shù)Kf。
[0033] 計算步驟：
[0034] 根據(jù)加速度公式可知：
[0038] 根據(jù)力與加速度之間的關(guān)系，得：[0039] Gsin a -F = ma (3)[0040] 將式（2)帶入上式（3)，得出摩擦力F :
[0035] ( 1 )
[0036]
[0037] (2)
[0041]
(4)
[0042] 因此，動摩擦系數(shù)Kf為：
[0043]
【主權(quán)項】
1. 鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置，其特征是：在L形支架（I)的底板上設(shè)有調(diào)平螺 釘（8)，在L形支架的垂直夾角處較鏈活動支板（3)，活動支板（3)的另一端較鏈滑板（2)， 滑板（2)傾斜搭接在L形支架（1)的底板和立板之間，在滑板（2)上斜面固定有上固定 板（4)和下固定板巧），上下固定板之間的間距與被測試鉆井液泥餅直徑相同，在上固定板 (4)和下固定板（5)之間設(shè)置獨立的圓板滑塊（11)，圓板滑塊（11)的直徑遠小于被測試鉆 井液泥餅的直徑，在上固定板（4)和下固定板（5)之間還設(shè)有圓板滑塊（11)滑行時間的計 時裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置，其特征是；所述的計時裝 置是在上固定板（4)和下固定板（5)相對面上分別設(shè)置導(dǎo)電觸頭，導(dǎo)電觸頭通過導(dǎo)線化） 與計時器（7)連接，同時上固定板（4)和下固定板（5)設(shè)為導(dǎo)電體并分別與計時器（7)連 接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置，其特征是；所述的計時裝 置是在上固定板（4)和下固定板（5)相對面上分別設(shè)置導(dǎo)電觸頭，導(dǎo)電觸頭通過導(dǎo)線化） 與計時器（7)連接，同時圓板滑塊（11)設(shè)為導(dǎo)電體并分別與計時器（7)連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置，其特征是；在L形 支架（1)夾角處設(shè)置量角器巧），量角器（9)與活動支板（3)通過旋緊螺釘（10)固連；在L 形支架（1)的底板上設(shè)有設(shè)有水平儀，所述的水平儀圓水平泡或者是直水平尺。5. 按照權(quán)利要求4所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征是；首 先調(diào)整L形支架（1)的底板為水平，測量滑板（2)與底板之間的傾角并記為a，將濾失儀制 取的鉆井液泥餅固定在滑板上，兩端由上下固定板固定；測量上下固定板（4、5)之間的距 離并記為L ;再將已知質(zhì)量為m、直徑為d的圓板滑塊（11)放置在泥餅上端，記錄圓形滑塊 在落至下固定板的時間并記為t ;最后根據(jù)L = a*t2/2,及G*sin a -F = m相，計算出摩擦 力F，再根據(jù)Kf = F/(G*cos a )計算出泥餅的動摩擦系數(shù)Kf。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征是計算 步驟： 根據(jù)加速度公式可知：(1) 得：(2) 根據(jù)力與加速度之間的關(guān)系，得： Gsin a -F = ma 做 將式似帶入上式（3)，得出摩擦力F : 因此，動摩擦系數(shù)Kf為： (4)
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種評價鉆井液泥餅動摩擦系數(shù)的測量裝置和方法。裝置是在L形支架的底板上設(shè)有調(diào)平螺釘，在L形支架的垂直夾角處鉸鏈活動支板，活動支板的另一端鉸鏈滑板，滑板傾斜搭接在L形支架的底板和立板之間，在滑板上斜面垂直固定有上固定板和下固定板，上下固定板之間的間距與被測試鉆井液泥餅直徑相同，在上固定板和下固定板之間設(shè)置獨立的圓板滑塊，圓板滑塊的直徑遠小于被測試鉆井液泥餅的直徑，在上固定板和下固定板之間還設(shè)有圓板滑塊滑行時間的計時裝置。測量方法通過測量滑板與底板之間的傾角，測量上下固定板之間的距離，記錄圓形滑塊在落至下固定板的時間；最后計算出泥餅的動摩擦系數(shù)。本發(fā)明操作簡單方便，測量結(jié)果更準確。
【IPC分類】G01N19/02
【公開號】CN105510222
【申請?zhí)枴緾N201410505775
【發(fā)明人】張志財, 慈國良, 趙懷珍, 王忠杰, 藺琳, 羅云鳳, 李軍, 季一冰, 馬云謙, 馬桂清, 張冬玲, 史濤, 劉保雙, 王俊濤
【申請人】中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年9月27日