一种拖拽式固结物强度测定仪及其方法技术

本发明专利技术提供了一种拖拽式固结物强度测定仪及其方法，属于井壁稳定剂对破碎地层封堵及胶结效果强弱的测试装置与评价领域。该拖拽式固结物强度测定仪包括：支架、底座：内杯放置在底座上，支架固定在底座上；在所述内杯内装有砂床胶结物，在所述砂床胶结物中埋有螺纹测力杆；螺纹测力杆的上端伸出砂床，在螺纹测力杆的最上端设有提拉环；测试单元：包括传动装置、测量装置和数据处理装置；所述测量装置用于测量螺纹测力杆的拉力；蜗杆升降装置：安装在支架上，与测试单元连接，用于调节与螺纹测力杆的提拉环的提升力，使测试单元的显示数值归零；所述传动装置用于提升所述测量装置；所述数据处理装置根据拉力传感器传来的数据获得砂床的固结物强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于井壁稳定剂对破碎地层封堵及胶结效果强弱的测试装置与评价领域，具体涉及一种拖拽式固结物强度测定仪及其方法，主要用于测定沥青类井壁稳定剂以及类似材料对破碎地层的涂覆与胶结能力。
技术介绍
地层失稳是钻井工程中十分常见的现象，水的作用结果会加剧地层的失稳进程，例如泥页岩与水接触以后其含水量会明显增加，密度下降，并使泥页岩表面首先产生微裂缝(沿井眼周围)，从而使泥页岩强度降低。实践表明，加入具有封堵功能的材料能够有效降低泥页岩渗透性和由于液柱压力穿透作用造成的井壁附近泥页岩孔隙压力的增加，进而降低地层的坍塌压力。随着助剂研发水平的不断提高，新型井壁稳定材料同时具备孔隙封堵和裂隙胶结的双重功能，如含沥青质的地层防塌剂。沥青具有在高温情况下变软直至成为流体的功能，在正向压差作用下，软化后的沥青类防塌剂能够比较容易的进入到地层裂缝中滞留并对裂隙产生物理粘结作用，从而提高破碎性和裂隙性地层的稳定性。但就实验评价方法及相关仪器的研发情况看，井壁稳定剂的封堵能力特别是裂隙胶结能力缺乏相应的评价手段，这直接导致了现场施工和相关材料研发中的盲目性。因此，研制开发封堵防塌材料模拟评价装置和提出相应的实验评价方法对施工现场合理制定井壁稳定技术方案和合理使用井壁稳定剂具有重大的技术指导意义。关于封堵防塌剂对破碎地层封堵与胶结能力的评价目前尚未见到专用的实验装置，也没有成型的实验方法，在科研工作中，技术人员借助API滤失量测定仪对钻井液配伍沥青质材料以后形成的泥饼进行清水渗透性变化的实验评价，这种方法虽然与工程实际比较接近，但无法模拟井下环境对封堵防塌剂的技术效果进行评价，特别是无法评价封堵防塌剂经较高温度和压力作用后对破碎层的综合稳定效果。就现场施工和相关的研究探索趋势看，井壁防塌在重视材料封堵效果的同时，其胶结能力越来越受到重视，并已成为考查防塌材料技术性能的重要指标之一，这是因为在对付破碎性地层的工程实践中，具有良好胶结功能的材料能够有效提高地层的坍塌压力，进而延长地层的失稳周期。从上述实际需要看，相应的实验评价仪器的缺乏和实验方法与工程实际的脱节已经成为制约封堵防塌剂功能进一步改善和提高的主要障碍，急需在这方面有所突破。从相关资料的检索情况看，现有的相关中国专利分别有：①CN202583048U(一种测试道路沥青与集料界面粘结强度的装置)，该技术专门用于道路沥青与集料界面粘结强度的测定，包括用于固定待测试件的上固石器和下固石器，所述上固石器的顶部固接有施力与测力装置。通过装置中的施力与测力装置对待测试件施加拉力，并记录待测试件被拉开时所用力的大小，进而结合其它参数计算界面粘结强度。该装置操作简单，且能准确测试道路沥青与集料界面粘结强度。②CN202614659U(一种混凝土块与橡胶沥青之间粘结力的拉伸测试装置)，本技术公开了一种混凝土与橡胶沥青之间粘结力拉伸测试装置，底座中心安装支撑柱；支撑柱两边对称安装两根导向圆柱；导向圆柱上部固定吊臂；丝杠穿过轴承座；丝杠下端与吊臂通过螺旋副连接；轴承座上端安装有轴承盖；第一吊钩安装在吊臂的中心下方；第一吊钩下方连接s型传感器，s型传感器下方连接第二吊钩，第二吊钩下方连接上夹紧盖，下夹紧盖安装在支撑柱；上夹紧盖的底部连接上夹紧块；下夹紧盖的顶部连接下夹紧块。本技术结构简单，使用维护方便，能够满足粘结力测试试验要求，可以替代万能材料试验机进行实验，且价格低廉，结果较精确，便于推广使用。上述两个专利均属于沥青与被胶结物界面之间粘接力的测定装置，主要用于测定和评价沥青与固体表面粘接力的大小，无法用来测定具有胶结能力的物质对破碎块体成型强度的测定，和本专利技术所要获得的数据和所要达到的目标相差很大，两个装置在结构和数据处理上都与本专利技术专利存在着本质区别。由上述分析可以看出，已公开的相关专利装置不具备沥青质材料稳定井壁效果的评价与测定功能，因此必须要以沥青质类具有粘接功能的材料特点为依据，研制开发适合于封堵胶结型井壁稳定剂效果评价的专用仪器以及相应的实验方法，为井壁稳定现场操作和新材料的研究奠定实验基础。国外也没有相关专利。地层失稳与井壁稳定是一个非常复杂的技术问题，由于影响因素众多，并且各种因素之间又存在着复杂的制约关系，因此在关于井壁稳定材料和相关的技术评价上，一直难以开发出成型且为技术界所公认的实验方法和评价手段
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种拖拽式固结物强度测定仪及其方法，通过实验手段对井壁稳定材料尤其是具有粘接功能材料(诸如沥青质材料)的地层保护效果实现量化评价，在模拟地层条件(压力、温度)下，对经沥青质防塌材料胶结改造以后的松散(破碎)地层进行强度测定，并定性评价胶结材料对破碎地层的胶结能力。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种拖拽式固结物强度测定仪，包括：支架、底座：内杯放置在底座上，支架固定在底座上；在所述内杯内装有砂床胶结物，在所述砂床胶结物中埋有螺纹测力杆；螺纹测力杆的上端伸出砂床，在螺纹测力杆的最上端设有提拉环；测试单元：包括传动装置、测量装置和数据处理装置；所述测量装置用于测量螺纹测力杆的拉力；蜗杆升降装置：安装在支架上，与测试单元连接，用于调节与螺纹测力杆的提拉环的提升力，使测试单元的显示数值归零；所述传动装置用于提升所述测量装置；所述数据处理装置根据拉力传感器传来的数据获得砂床的固结物强度。所述螺纹测力杆带有螺纹的部分埋入到砂床中。在所述底座上设有水平调节器；在所述底座上设有限位凹槽，所述内杯放置在所述限位凹槽中。所述测试单元的传动装置包括伺服马达、减速系统、滑轮组、提拉绳和吊钩；所述伺服马达通过减速系统的减速，转换为扭矩用于提拉螺纹测力杆；所述伺服马达的输出与提拉绳的一端连接，提拉绳的另一端跨过滑轮组后与吊钩连接；所述吊钩能够与螺纹测力杆上的提拉环连接。所述测试单元的测量装置包括拉力传感器，其采用一组电磁线圈，当伺服马达产生的扭矩通过提拉绳以力的方式传递至测量装置时，电磁线圈产生一个与该力大小相等且方向相反的电磁力，这个力被转换为电信号实时传送至数据处理装置；所述电磁线圈通过线圈固定轴固定在测试单元内；所述测试单元包括金属杆，其一端与所述拉力传感器连接，另一端从测量装置中伸出，在该端安装所述滑轮组。所述测试单元进一步包括固定轴，其将整个测试单元支撑固定在蜗杆升降装置上。利用上述拖拽式固结物强度测定仪进行固结物强度测定的方法，包括：(1)将盛装砂床胶结物的内杯置于底座的限位凹环中摆放平稳，调节水平调节器使底座水平；(2)连接吊钩和提拉环，微调蜗杆升降装置使测量装置的数值归零；(3)操作伺服电机使吊钩缓慢上升，此时测量装置的电子面板显示数值不断变化，表示提升拉力不断升高；测量数值被实时传送到数据采集处理装置进行处理，并记录最大数值，然后数据采集处理装置根据该最大数值换算砂床的固结物强度；(4)旋动蜗杆升降装置使吊钩与提拉环完全松开，取下内杯，更换另一个内杯进行下一组测定，本组实验结束。所述步骤(3)中根据该最大数值换算砂床的固结物强度是利用下式实现的：F=mg+390(0.8+0.9dL)·(1.6+0.7cd)·&p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：所述拖拽式固结物强度测定仪包括：支架、底座：内杯放置在底座上，支架固定在底座上；在所述内杯内装有砂床胶结物，在所述砂床胶结物中埋有螺纹测力杆；螺纹测力杆的上端伸出砂床，在螺纹测力杆的最上端设有提拉环；测试单元：包括传动装置、测量装置和数据处理装置；所述测量装置用于测量螺纹测力杆的拉力；蜗杆升降装置：安装在支架上，与测试单元连接，用于调节与螺纹测力杆的提拉环的提升力，使测试单元的显示数值归零；所述传动装置用于提升所述测量装置；所述数据处理装置根据拉力传感器传来的数据获得砂床的固结物强度。

【技术特征摘要】
1.一种拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：所述拖拽式固结物强度测定仪包括：支架、底座：内杯放置在底座上，支架固定在底座上；在所述内杯内装有砂床胶结物，在所述砂床胶结物中埋有螺纹测力杆；螺纹测力杆的上端伸出砂床，在螺纹测力杆的最上端设有提拉环；测试单元：包括传动装置、测量装置和数据处理装置；所述测量装置用于测量螺纹测力杆的拉力；蜗杆升降装置：安装在支架上，与测试单元连接，用于调节与螺纹测力杆的提拉环的提升力，使测试单元的显示数值归零；所述传动装置用于提升所述测量装置；所述数据处理装置根据拉力传感器传来的数据获得砂床的固结物强度。2.根据权利要求1所述的拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：所述螺纹测力杆带有螺纹的部分埋入到砂床中。3.根据权利要求2所述的拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：在所述底座上设有水平调节器；在所述底座上设有限位凹槽，所述内杯放置在所述限位凹槽中。4.根据权利要求1所述的拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：所述测试单元的传动装置包括伺服马达、减速系统、滑轮组、提拉绳和吊钩；所述伺服马达通过减速系统的减速，转换为扭矩用于提拉螺纹测力杆；所述伺服马达的输出与提拉绳的一端连接，提拉绳的另一端跨过滑轮组后与吊钩连接；所述吊钩能够与螺纹测力杆上的提拉环连接。5.根据权利要求4所述的拖拽式固结物强度测定仪，其特征在于：所述测试单元的测量装置包括拉力传感器，其采用一组电磁线圈，当伺服马达产生的扭矩通过提拉绳以力的方式传递至测量装置时，电磁线圈产生一个与该力大小相等且方向相反的电磁力，这个力被转换为电信号实时传送至数据处理装置；所述电磁线圈通过线圈固定轴固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡利山，任立伟，陈曾伟，董晓强，林永学，王文立，张凤英，杨小华，柴龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11