УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФРИКЦИОННЫХ И АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ КОРКИ
DEVICE TO MEASURE FRICTION AND ADHESION PARAMETERS OF FILTER CAKE

Изобретение относится к устройствам для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки и может найти свое применение в нефтегазовой отрасли, а также при проведении лабораторных исследований по дисциплинам «Буровые промывочные и тампонажные растворы», «Осложнения и аварии в бурении», «Управление свойствами промывочных жидкостей» в вузах нефтегазового профиля.
При бурении скважин особенно сложного профиля очень важно контролировать влияние состава промывочного раствора на опасность прихватов инструментов (по статическому коэффициенту трения при страгивании металлического образца по корке и по коэффициенту адгезии), а также на затраты энергии на трение при спуско-подъемных операциях, при затяжках бурильных и обсадных колонн (по динамическому коэффициенту трения при движении металлического образца по корке).
Наиболее близким по техническому устройству к предлагаемому изобретению является прибор для контроля статического и динамического коэффициента трения пары «металл-фильтрационная корка» (заявка №2012145593/28 (073246), МПК G01N 3/56, 2012 г.), содержащий стол-основание, установленный на нем электродвигатель, уровень, узел замера тягового усилия, соединенный, с одной стороны, при помощи нити со шкивом электродвигателя, с другой - посредством пружины с грузом, основание для размещения груза.
Недостатком данного устройства является ограниченность его функциональных возможностей, связанных с отсутствием возможности измерения адгезионных свойств фильтрационной корки.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сочетание функциональных возможностей по контролю фрикционных (т.е. при сдвиге и движении эталонного образца по корке) и адгезионных (т.е. при отрыве этого же образца от корки) сил на границе контакта «металл-фильтрационная корка» путем возможности установки шарнирно закрепленной направляющей плиты как в горизонтальное, так и в вертикальное положение.
Техническим результатом является обеспечение измерения показателей как фрикционных, так и адгезионных свойств фильтрационной корки, а использование одного и того же плоского металлического груза с одной и той же моделью фильтрационной корки при различных способах измерений обеспечивает постоянную площадь контакта в системе «металл-фильтрационная корка» и позволяет оценить вклад фрикционных и адгезионных сил в суммарную силу сопротивления движению колонн в скважине.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки ФАСК-1, содержащее стол-основание, электродвигатель, узел замера тягового усилия, установленные на столе-основании уровень, основание для размещения груза, на основании для размещения груза шарнирно закреплена направляющая плита, с возможностью поворота вокруг своей оси, на боковой поверхности которой выполнен паз, обеспечивающий перемещение размещенного в пазу узла замера тягового усилия, при этом узел замера тягового усилия соединен с одной стороны при помощи нити со шкивом электродвигателя, расположенным на противоположном конце направляющей плиты, с другой - с металлическим грузом, расположенным на фильтрационной корке, закрепленной фиксаторами на основании для размещения груза. Согласно предлагаемому изобретению шарнирно закрепленная направляющая плита может устанавливаться как в горизонтальное, так и в вертикальное положение, что дает возможность измерения показателей как фрикционных, так и адгезионных свойств фильтрационной корки, а использование одного и того же плоского металлического груза с одной и той же моделью фильтрационной корки при различных способах измерений обеспечивает постоянную площадь контакта в системе «металл-фильтрационная корка» и позволяет оценить вклад фрикционных и адгезионных сил в суммарную силу сопротивления движению колонн в скважине.
Устройство для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки ФАСК-1 поясняется чертежами в положении для измерения показателей фрикционных (фиг.1) и адгезионных (фиг.2) свойств фильтрационной корки.
Устройство для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки ФАСК-1 содержит стол-основание 1, установленное на нем основание для размещения груза 2, с шарнирно закрепленной на основании для размещения груза 2 направляющей плиты 3. Шкив 4 электродвигателя 5 посредством нити 6 приводит в движение тележку 7 с установленным в ней тензометрическим датчиком 8. Датчик 8, в свою очередь, соединен либо пружиной 9 (при измерении показателей фрикционных свойств фильтрационной корки), либо подъемными стропами 10 (при измерении показателей адгезионных свойств фильтрационной корки) с плоским металлическим грузом 11, расположенным на фильтрационной корке 12, закрепленной фиксаторами 13 к основанию для размещения груза 2. На столе-основании 1 устройства также укреплены уровень 14, регулировочные винты 15, подпорка 16 под направляющую плиту 3 и тумблер 17 для запуска электродвигателя 5.
Устройство по заявленному изобретению работает следующим образом. С помощью уровня 14 и регулировочных винтов 15 стол-основание 1 устройства устанавливают в горизонтальное положение. Полученную на приборах ВМ-6 или фильтре-прессе фильтрационную корку 12 предварительно очищают от гелеобразного слоя, впитав его промокающей поверхностью (фильтровальная бумага). Время формирования фильтрационной корки - 30 минут.
Для измерения фрикционных свойств фильтрационной корки направляющую плиту 3 приводят в горизонтальное положение (фиг.1) и фиксируют на подпорке 16. Очищенную фильтрационную корку 12 помещают на шероховатую поверхность основания для размещения груза 2 и закрепляют фиксаторами 13 таким образом, чтобы открытая часть фильтрационной корки 12 располагалась параллельно движению тележки 7. Плоский металлический груз 11 предварительно протирают спиртом, высушивают и помещают на открытую часть фильтрационной корки 12, выдерживая заданное время (5, 10, 20 минут) неподвижного контакта. По истечении заданного времени неподвижного контакта металлического груза 11 с фильтрационной коркой 12 с помощью тумблера 17 запускают электродвигатель 5, при вращении шкива 4 которого нить 6, наматываясь на него, приводит в плавное перемещение тележку 7 с установленным в ней тензометрическим датчиком 8, посредством пружины 9 соединенного с металлическим грузом 11, наблюдая при этом за положением металлического груза 11. В момент страгивания металлического груза 11 выжидают определенное время, необходимое для замера значений силы сопротивления движению и дальнейшего их преобразования посредством АЦП (не показан) в электрический сигнал и записью в памяти ЭВМ (не показан).
Для измерения адгезионных свойств фильтрационной корки направляющую 3 устанавливают в вертикальное положение (фиг.2) и фиксируют крепежными элементами (не показаны) на основании для размещения груза 2. Очищенную фильтрационную корку 12 помещают на шероховатую поверхность основания для размещения груза 2 и закрепляют фиксаторами 13 таким образом, чтобы открытая часть фильтрационной корки 12 располагалась параллельно движению тележки 7. Плоский металлический груз 11 предварительно протирают спиртом, высушивают и помещают на открытую часть фильтрационной корки 12, выдерживая заданное время (5, 10, 20 минут) неподвижного контакта. По истечении заданного времени неподвижного контакта металлического груза 11 с фильтрационной коркой 12 с помощью тумблера 17 запускают электродвигатель 5, при вращении шкива 4 которого нить 6, наматываясь на него, приводит в плавное перемещение тележку 7 с установленным в ней тензометрическим датчиком 8, посредством подъемных строп 10 соединенного с металлическим грузом 11, наблюдая при этом за положением металлического груза 11. В момент отрыва металлического груза 11 от поверхности фильтрационной корки 12 отключают электродвигатель 5.
Устройство для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки ФАСК-1 обеспечивает измерения показателей как фрикционных, так и адгезионных свойств фильтрационной корки, а использование одного и того же плоского металлического груза с одной и той же моделью фильтрационной корки при различных способах измерений обеспечивает постоянную площадь контакта в системе «металл - фильтрационная корка» и позволяет оценить вклад фрикционных и адгезионных сил в суммарную силу сопротивления движению колонн в скважине.