[发明专利]一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括底板，支柱，立杆，电机，圆弧齿形带，圆弧齿形带轮，主轴箱，主轴，测速仪，滑动导轨，连杆，夹具，试验腔体，钻杆，套管，微型钻井泵，钻井液循环线，钻井液储存箱，加载轮，加载砝码，施力杠杆，本发明的有益效果是：该装置新颖、结构紧凑，采集数据精度高，设计结构巧妙，操作方便，模拟钻井现场钻杆与套管的摩擦磨损，并利用微型钻井泵循环钻井液，在钻杆与套管摩擦过程中加入钻进液来研究摩擦磨损情况。

技术领域

本发明涉及一种摩擦磨损装置，具体为一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，属于摩擦学技术领域。

背景技术

在钻井过程中，钻杆相对套管旋转，两者之间不可避免存在摩擦磨损，特别时超深超高压油、气井，钻进深度大，钻井周期长，套管磨损更为严重。钻井“留下”的井筒能否承受试油、完井投产及开发作业“负荷”，应进行评价，以保证寿命期内井筒的安全。这其中一个重要的方面就是套管磨损程度评价，为此，需要利用试验机模拟钻井过程中钻井液对钻杆和套管之间的摩擦情况，通过改变主轴转速、压力、不同的钻井液等参数或材料，研究不同情况下钻井液对钻杆与套管之间的摩擦特性。为探究钻井过程中钻井液的摩擦磨损规律提供试验结论，进而为钻井时套管、钻杆的选取、钻进参数的选取、试油、完井投产及开发作业方案的制订提供指导。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，实现模拟钻杆套管之间的摩擦，造成磨损，为研究钻井液对钻杆套管间的摩擦特性提供实验工具。

本发明采用的技术方案是：一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法，包括电机输出端连接有圆弧齿形小带轮，所述圆弧齿形小带轮通过皮带连接有圆弧齿形大带轮，所述圆弧齿形大带轮连接有连杆，所述连杆连接有主轴箱，所述的主轴箱底部安装固定有钻井液循环管线，所述循环管线连接有钻井液储存箱，另一条钻井液循环管线将钻井液储存箱和微型钻井泵连接，第三条钻井液循环管线将微型钻井泵与套管连接，所述主轴箱外壳前面固定安装有测速仪，所述主轴箱连接有主轴并在两侧连接有滑动导轨，所述主轴连接有钻杆带动其旋转，模拟井中转速，所述钻杆延伸到套管内部，所述套管固定放置于试验腔体内，所述试验腔体通过支柱立于试验底板上，所述试验底板一端有一立杆支撑电机，所述套管两侧连有夹具，所述夹具通过连杆连接滑动导轨，所述主轴箱后部固定安装有施力杠杆，所述施力杠杆连有加载轮并与钻杆接触，所述加载轮连有加载砝码。

所述主轴外延上表面设有孔洞且能使钻井液顺利进入钻杆内部，模拟钻井过程钻井液从钻杆中心进入。

所述套管固定安置于试验腔体内部，且两侧装有固定板并通过夹具，夹紧，防止套管在实验时滑动旋转，模拟钻井过程中的固井过程。

所述主轴经过精密加工可以带动钻杆均匀旋转，所述主轴箱上装有监测钻杆转速的测速仪保证改变钻井液浓度时钻速相同。

所述主轴箱后方连有施力杠杆，所述施力杠杆连有加载轮并与钻杆接触，通过进行力的加载，使得钻杆外环面与套管内环面实现线性接触。

如图1所示的装置，进行钻杆与套管摩擦磨损的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、实验前，将实验试件浸泡在石油醚中放置于超声波清洗仪里清洗一分钟，去除表面的油污便于观察，烘干后，用镊子夹取到天平上称量三次试件的原始重量，计算三次结果的平均值并记为试件的原始重量，使用显微镜观察试件原始表面的形态特征，并保存图片。

S2、在摩擦磨损试验机相应位置上固定好钻杆，用夹具固定好套管，根据现场相关资料设计并设定好转速、负载正压力、试验时间，加入钻井液进行试验。

S3、实验结束，等待实验机卸载完毕，排完钻井液后取出钻杆和套管。