一種鉆井液在線極壓潤滑儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井液潤滑儀，尤其是一種用于鉆井在線測量的極壓潤滑儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鉆井技術(shù)的提高，油井越來越深，鉆桿與井壁的摩擦阻力也非常之大。潤滑性是鉆井液非常重要的性能指標之一，目的是降低鉆桿與井壁之間的摩擦阻力。為了評價鉆井液的潤滑性能，美國石油學會制定了多種評價方法，EP極壓潤滑儀是方法之一。
[0003]EP極壓潤滑儀是一種模擬性的室內(nèi)試驗分析儀器，用轉(zhuǎn)動的滑環(huán)模擬鉆桿，滑塊模擬井壁，用于分析鉆井液的潤滑性能。工作原理是:
當兩物體(如a、b)相互接觸并產(chǎn)生相對位移時，不僅會產(chǎn)生和接觸面正交的壓力，而且還會產(chǎn)生和接觸面平行的摩擦力。如果要A保持一定數(shù)值的速度(B為參考物)，必須是不斷加以一定的外力，此時A也受到一定的摩擦力，這一數(shù)值的摩擦力稱為滑動摩擦力?；瑒幽Σ亮Φ姆较蚝拖鄬λ俣鹊姆较蛳喾?。實驗證明，滑動摩擦力F和壓力P成正比，
即:F=yP(I)
式中:F——摩擦力；
P——摩擦面上的垂直作用力； μ----摩阻系數(shù)。
[0004]EP (extreme pressure lubrisity/film stength test)極壓潤滑儀用可調(diào)速的旋轉(zhuǎn)軸模擬井壁，通過測定旋轉(zhuǎn)軸承套(環(huán))與模塊間的磨擦可得到磨擦系數(shù)(在鉆井液測定中稱摩阻系數(shù))。該儀器中，F(xiàn)是推動環(huán)/塊表面以一定速度滑動的力，P通過扭矩臂將測試塊壓在測試環(huán)上的垂向力，通過測定摩阻系數(shù)μ可評價鉆井液或處理劑的潤滑性能。
[0005]摩阻系數(shù)μ，不但與接觸物體的質(zhì)料及表面狀況有關(guān)，而且與相對運動速度的大小有關(guān)。為了減小摩阻系數(shù)，可以在兩個接觸面之間涂敷一層“液膜”，即“潤滑膜”。摩阻系數(shù)的降低幅度，決定于這層液膜的質(zhì)量，而潤滑劑就是改善液膜質(zhì)量的化學劑。
[0006]由(I)式可以看出，只要測得摩擦面上的垂直作用力P和摩擦力F，就可以測出摩阻系數(shù)U。選用變頻電機作為拖動負載并配套滑塊和滑環(huán)，滑環(huán)裝置在電機的轉(zhuǎn)軸上。由電機拖動理論可知，當電機以恒定速度運轉(zhuǎn)、滑塊上施加垂直作用力時，作用在電機轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩(Τ = CMOIa)與摩擦轉(zhuǎn)矩(Tf)達到平衡，滑塊和滑環(huán)接觸面上產(chǎn)生的摩擦力F與電機的電樞電流Ia成正比。式(I)可轉(zhuǎn)化為Ia= μ Ρ*Χ (X是系數(shù))，因此只要固定垂直作用在滑塊上的作用力P，在電機轉(zhuǎn)速恒定的條件下，通過檢測電機的電樞電流，就可以得到摩阻系數(shù)μ。
[0007]滑環(huán)在空轉(zhuǎn)時，電機的電樞電流很小，當滑塊在滑環(huán)上加壓時，電機的電樞電流增大，在一定的壓力下，摩阻越大，電流越大，也就是說，鉆井液的潤滑性好，則電流小，鉆井液的潤滑性差，則電流大，因此通過電機電流大小便可分析鉆井液的潤滑性能。為便于分析對t匕，規(guī)定滑環(huán)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.SN,蒸餾水的摩阻系數(shù)為0.34。儀器主要包括變頻電機、滑環(huán)、滑塊、顯示器和扭力扳手幾個部分。扭力扳手上有表盤，通過手工加壓的方式，當加壓到表盤上顯示為16.95N.m時，滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.8N。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供一種鉆井液在線極壓潤滑儀，由電腦、無線數(shù)傳模塊、PLC、電流變送器、變頻電機、液壓油缸、扭力支架、滑環(huán)-滑塊組成。
[0009]隨著科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的升級換代，自動化、信息化、實時化的鉆井隊將逐步實現(xiàn)，今后大部分工程數(shù)據(jù)將通過鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)采集，通過可編程控制器將安裝在各關(guān)鍵部位的監(jiān)測儀器和多種傳感器連接起來，再由數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)無線傳輸給井隊值班房計算機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以圖表的形式在計算機上顯示出來，然后通過網(wǎng)絡傳輸?shù)姐@井公司及總公司，即可實現(xiàn)鉆井參數(shù)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享。
[0010]EP極壓潤滑儀是室內(nèi)試驗分析儀器，無法實現(xiàn)鉆井在線實時監(jiān)測。
[0011]本發(fā)明提供一種用于鉆井在線實時監(jiān)測用的極壓潤滑儀。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將實驗室用EP極壓潤滑儀進行改造。一是將手工加壓用扭力扳手改為通過電腦控制的自動加壓，見附圖1，規(guī)定滑環(huán)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.SN，蒸餾水的摩阻系數(shù)為0.34。二是將采集的電機電流數(shù)據(jù)信號通過PLC或其它可編程控制器、通過電纜或無線數(shù)傳模塊接入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)采集模塊，成為鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。三是鉆井液在線測量極壓潤滑儀的工作時間和工作程序，均由電腦通過可編程控制器控制。見附圖2.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、解決了現(xiàn)場無法在線實時監(jiān)測鉆井液潤滑性的問題。
[0013]2、潤滑性采集數(shù)據(jù)并入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)，使現(xiàn)場工程師對鉆井液有一個綜合評價。
[0014]3、與室內(nèi)試驗分析儀器EP極壓潤滑儀檢測標準是一樣的，便于分析比較。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明滑塊在滑環(huán)上加壓的原理結(jié)構(gòu)圖圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
主要元件符號說明如下:
I電腦2無線數(shù)傳模塊 3可編程控制器 4電流變送器
5變頻電機 6液壓油缸7扭力支架8滑環(huán)
9滑塊
【具體實施方式】
[0016]為了更清楚的表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。實施例: 在石油鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)中，油壓工作站的油壓是事先調(diào)整好的，只要調(diào)整好鉆井在線實時監(jiān)測用極壓潤滑儀的扭力支架的力臂，即可得到滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.SN ;經(jīng)變頻器調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘；通過PLC和無線數(shù)傳模塊將信號傳給電腦，摩阻系數(shù)通過換算既在電腦顯示屏上顯示出來。
[0017]一 “摩阻系數(shù)”的測定方法: 1、滑塊和滑環(huán)的標定。
[0018]“摩阻系數(shù)”的測定應在滑環(huán)轉(zhuǎn)速60± I轉(zhuǎn)/min;滑塊上的作用力444.8 N的標準條件下進行。如果所有的滑塊和滑環(huán)的結(jié)構(gòu)都完全相同，那么在上述標準條件下，其對于蒸餾水的“摩阻系數(shù)”應該是0.34。但由于滑塊和滑環(huán)的結(jié)構(gòu)存在差別，因此使用前需要標定。
[0019]滑塊、滑環(huán)的標定是在EP極壓潤滑儀上進行。即在標準條件下，對于蒸餾水的“摩阻系數(shù)”應該在0.32-0.36。如果不在此范圍內(nèi)，則環(huán)和塊的表面必須調(diào)整或標準化，即對滑環(huán)與滑塊進行磨合。磨合后滑塊的表面應該是光滑無劃痕。步驟如下:
?按〈標準化 > 鍵，進入〈標準化 > 程序；
1)、擦凈試塊表面,并且研磨處于試塊中心；
2)、用手將細研磨劑涂于試環(huán)表面，研磨轉(zhuǎn)速控制在80—100轉(zhuǎn)/分范圍，加力
11.2N.m (10PSI)0這時聽到明顯摩擦聲，研磨5分鐘卸掉一次扭矩，檢查摩擦環(huán)和摩擦塊是否磨到2/3塊和環(huán)的接觸面積，再次研磨重復3— 4次，磨好為止。以上的研磨時間和次數(shù)只能作參考，實際的操作由實驗決定；
3)、用酒精或汽油徹底清洗研磨劑；
4)、把配套的研磨膏涂在塊和環(huán)的表面。調(diào)整轉(zhuǎn)速為100—200轉(zhuǎn)/分，加3.3N.m(30PSI)扭矩運轉(zhuǎn)5分鐘；減小扭矩到1.65N.m (15PSI)，再轉(zhuǎn)5分鐘(僅供參考)；
5)、檢查磨擦環(huán)和磨擦塊是不是帶有光亮的小磨擦面。放下樣品杯棄去校正液，將環(huán)、塊都用濾紙擦干凈。
[0020]6)、用蒸餾水測試，直到達到標準。
[0021]2、鉆井在線實時監(jiān)測“摩阻系數(shù)”的測定
O儀器調(diào)整:每口井測試工作之前或連續(xù)工作I個月起鉆通井等工作間隙，均需換用標定好的滑環(huán)、滑塊，將標定好的滑塊和滑環(huán)安裝在鉆井在線實時監(jiān)測用極壓潤滑儀上，用蒸餾水測試。打開實時監(jiān)測主頁面，點擊“鉆井液參數(shù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)”，跳出“鉆井液參數(shù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)”動態(tài)顯示頁面，點擊“手動控制”，跳出“控制畫面”，打開潤滑儀電機，空轉(zhuǎn)10分鐘，打開潤滑儀閥，滑塊對滑環(huán)加壓，點擊“退出”返回上一頁面，點擊“數(shù)據(jù)顯示”，跳出“各項數(shù)據(jù)實時監(jiān)視校正”，在潤滑顯示框，調(diào)整比例和偏差，直到潤滑顯示穩(wěn)定在0.32-0.36之間。點擊“退出”返回上一頁面，點擊“手動控制”，跳出“控制畫面”，關(guān)閉潤滑儀電機，關(guān)閉潤滑儀閥。完成調(diào)整。
[0022]2)在線實時監(jiān)測“摩阻系數(shù)”的測定
由于滑環(huán)、滑塊不能長時間處于工作狀態(tài)，在石油鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)中已經(jīng)設定在線實時監(jiān)測用極壓潤滑儀每天工作幾次，到了規(guī)定時間，電腦指令可編程控制器打開潤滑儀電機，空轉(zhuǎn)10分鐘，打開潤滑儀閥，滑塊對滑環(huán)加壓，摩阻系數(shù)自動在電腦顯示器顯示并進入數(shù)據(jù)庫保存，10分鐘后，電腦指令可編程控制器關(guān)閉潤滑儀電機，關(guān)閉潤滑儀閥，完成一個監(jiān)測循環(huán)。
[0023]二、數(shù)據(jù)共享
采集數(shù)據(jù)進入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過PLC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)無線傳輸給井隊值班房計算機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以圖表的形式在計算機上顯示出來，然后通過網(wǎng)絡傳輸?shù)姐@井公司及總公司數(shù)據(jù)庫，即可實現(xiàn)鉆井參數(shù)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享。
[0024]以上公開的僅為本發(fā)明的具體實施例，但是，本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.用于鉆井液在線測量的極壓潤滑儀，其特征在于:將實驗室用EP極壓潤滑儀進行改造，一是將手工加壓用扭力扳手改為通過電腦控制的自動加壓，使滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.SN, 二是將采集的電機電流數(shù)據(jù)信號通過PLC或其它可編程控制器通過電纜或無線數(shù)傳模塊接入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)采集模塊，成為鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，三是鉆井液在線測量極壓潤滑儀的工作時間和工作程序，均由電腦通過可編程控制器控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將手工加壓用扭力扳手改為通過電腦控制的自動加壓部分，其特征在于:電腦控制自動加壓使滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.SN，不限于液壓、氣壓或電磁等方式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將采集的電機電流數(shù)據(jù)信號通過PLC或其它可編程控制器通過電纜或無線數(shù)傳模塊接入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)采集模塊，成為鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)的一部分的部分，其特征在于:可編程控制器不限于PLC、單片機等；數(shù)據(jù)的傳輸不限于通過電纜、無線數(shù)傳模塊等方式。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液在線測量極壓潤滑儀的工作時間和工作程序，均由電腦通過可編程控制器控制部分，其特征在于:潤滑儀何時開始工作，何時停止，潤滑儀內(nèi)各個部分的工作程序、時間，均由電腦通過可編程控制器控制。
【專利摘要】EP極壓潤滑儀是室內(nèi)試驗分析儀器，無法實現(xiàn)鉆井在線實時監(jiān)測。本發(fā)明提供一種用于鉆井在線實時監(jiān)測用的極壓潤滑儀。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將實驗室用EP極壓潤滑儀進行改造。一是將手工加壓用扭力扳手改為通過電腦控制的自動加壓，規(guī)定滑環(huán)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，滑塊作用于滑環(huán)上的作用力為444.8N，蒸餾水的摩阻系數(shù)為0.34。二是將采集的電機電流數(shù)據(jù)信號通過PLC或其它可編程控制器通過電纜或無線數(shù)傳模塊接入鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)采集模塊，成為鉆井實時監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。三是鉆井液在線測量極壓潤滑儀的工作時間和工作程序，均由電腦通過可編程控制器控制。見附圖。
【IPC分類】E21B47/12
【公開號】CN104929620
【申請?zhí)枴緾N201410106055
【發(fā)明人】韓曉玲, 楊超, 韓文峰
【申請人】韓文峰
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月21日