专利名称：随钻注浆性能测试试验槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种随钻注浆性能测试试验槽，具体地说是一种在实验室中模拟各种钻进条件用于检验随钻注浆设备的注浆效果和对泥浆配方性能测试的试验槽。
背景技术：
在钻探工程领域，当钻遇易垮塌地层，或钻井垮孔时采取的措施通常是注浆，如水泥浆。待泥浆固结后，重新打钻。固结时间有时长达几十小时，这样大大降低了钻井效率。 随钻注浆技术是在钻遇垮塌地层时，一边打钻一边向地层注浆，通过注浆随钻加固井壁的一种技术。加固效果，依赖于注浆工具和所使用的钻井液。但是在现场对注浆效果的定量检验，成本很高且难度很大。为解决对注浆效果的定量检验，本发明提供一种可在实验室中完成的一种随钻注浆性能测试试验槽，是一种在实验室中模拟各种钻进条件，用于检验随钻注浆设备的注浆效果和泥浆配方性能。
发明内容
本发明的目的是为解决上述在现场对注浆效果的定量检验难度大的问题，而提供一种结构简单、控制方便和使用可靠、经济的随钻注浆性能测试试验槽。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种随钻注浆性能测试试验槽， 包括实验槽容器、煤层、导线、传感器、固定支板、地脚螺栓、随钻注浆工具、泥浆泵、检测系统的电路板和上位机，所述的试验槽容器为圆柱状，采用透明有机玻璃材料制成，试验槽容器内装有仿真钻井松散段煤层，试验槽容器通过固定支板、地脚螺栓与地面固连；所述的煤层通过人工粘结碎煤成质地松散易碎的仿真松散段煤层，煤层中心有钻孔，所述的随钻注浆工具和泥浆泵安装在实验槽容器一侧；所述的传感器安装在煤层中，传感器通过导线与实验槽容器外的检测系统的电路板连接；所述的检测系统包括信号拾取及转换电路、单片机控制器和上位机。本发明所述的传感器有两种，用于测试固结强度的气囊传感器和用于测试注浆深度的湿度传感器，均安装在煤层内，将试验槽容器内煤层轴向分段，选取2 4个煤层截面， 每个截面安装1个气囊传感器；同时另选2 4个煤层截面，每个煤层截面沿径向排列安装 2 3个湿度传感器，湿度传感器与钻孔壁距离在5cm以内。本发明所述的气囊传感器与湿度传感器间隔安装。本发明所述的随钻注浆工具安装在钻头与钻杆之间，随钻注浆工具设有喷嘴，钻井液在泥浆泵的作用下通过喷嘴向钻孔壁注浆。本发明所述的检测系统的信号拾取电路包括固结强度和注浆深度的多路传感器、 模拟通道开关、半桥单臂电路、高性能放大器和16位AD转换器，所述的上位机通过RS232 通讯接口与单片机控制器互连，稳压电源、控制键盘、液晶显示器、模拟通道开关、16位AD 转换器、3-8译码器均与单片机控制器连接，电源指示灯与稳压电源连接，多路传感器与模拟通道开关连接，模拟通道开关连接半桥单臂电路后再与高性能放大器连接，3-8译码器连
3接通道指示灯。在本发明的随钻注浆性能测试试验槽内模拟随钻注浆过程，一方面由于试验槽容器为有机玻璃材料制作的，可肉眼定性观测注浆效果，另一方面可通过检测系统定量地检测并显示注浆深度和固结强度信息。本发明一种随钻注浆性能测试试验槽具有如下优点
1、本发明随钻注浆性能测试试验槽采用自行设计的固结强度和注浆深度传感器，采用分段多点设置，可同时检测多点参数，使检测更全面。2、本发明随钻注浆性能测试试验槽结构简单，操作方便，能实时检测固结强度和注浆深度，过程监测更加直观，真实可靠，成本低，可用于检验随钻注浆设备的注浆效果和泥浆配方性能测试。本发明随钻注浆性能测试试验槽适合用于钻井工程相关科研和教学。
图1为本发明的随钻注浆性能测试试验槽结构示意图。图2为本发明随钻注浆性能测试试验槽煤层内传感器安装示意图。图3为本发明随钻注浆性能测试试验槽内注浆过程示意图。图4为本发明随钻注浆性能测试试验槽检测系统结构示意图。图5为本发明上位机处理流程框图。上述图中1-泥浆泵、2-注浆工具、3-钻孔、4-煤层、5-试验槽容器、6_导线、 7-固定支板、8-地脚螺栓、9-上位机、10-地面、11-气囊传感器、12-湿度传感器、13-喷嘴、 14-钻井液、15-电路板。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1 本发明一种随钻注浆性能测试试验槽，其结构如图1、2所示。试验槽包括泥浆泵1、随钻注浆工具2、煤层4、实验槽容器5、导线6、传感器、固定支板7、地脚螺栓8、 检测系统的电路板15和上位机9，所述的试验槽容器5为圆柱状，采用透明有机玻璃材料制成，试验槽容器内装有仿真钻井松散段煤层4，试验槽容器通过固定支板7、地脚螺栓8与地面10固连；所述的煤层通过人工粘结碎煤成质地松散易碎的仿真松散段煤层，煤层4中心有钻孔3 ；所述的随钻注浆工具2和泥浆泵1安装在实验槽容器5 —侧；所述的传感器安装在煤层中，传感器通过导线6与实验槽容器外的检测系统的多路模拟通道开关相连；多路模拟通道开关、半桥单臂单路、高性能放大器、16位A/D转换器、3-8译码器、通道指示灯、稳压电源、电源指示灯、液晶显示器、控制键盘、RS232通信接口、单片机控制器集成在一块电路板15上；电路板通过RS232接口与上位机9相连。本发明在注浆过程中，通过排布在试验槽中的传感器检测不同点位的注浆深度和固结强度。所述的传感器有检测固结强度和检测注浆深度两种，传感器安装方式如图2所示，用于测试固结强度的气囊传感器11安装在的煤层内，在选取的煤层每截面安装1个气囊传感器。固结强度的测试采用特制的气囊传感器，可以保证无论煤层在哪个方向变形收缩，传感器都会感应到，并在测值上产生反响。本发明用于测试注浆深度的传感器采用湿度传感器12，也安装在的煤层内，本发明所指的注浆深度是注浆液由钻孔壁能够向煤层注入的深度。本发明采用在每截面沿径向排列安装了 3个湿度传感器，以便测试在不同深度处的湿度。从安装的位置上说，由于需要保证的注浆深度是1cm，因此理论上只要检测这一深度的注浆效果即可。但为检测更加深入，将传感器安装在与钻孔壁距离5cm以内的煤层中。本发明的气囊传感器11与湿度传感器12间隔安装。本发明随钻注浆性能测试试验槽，注浆过程如图3。所述的随钻注浆工具2安装在钻头与钻杆之间，随钻注浆工具2上设有喷嘴13，随钻注浆工具2在钻孔中一边旋转，一边进给(图3中为向左或右移动)，一边喷浆。钻井液14在泥浆泵1的作用下通过喷嘴13随注浆工具2的转动和移动，均勻地向钻孔3的孔壁注浆，并渗入煤层4中。图中箭头表示钻井液的流动方向。参见图4，本发明所述的检测系统包括信号拾取及转换电路、单片机控制器(下位机)和上位机9。信号拾取电路含有注浆深度和固结强度多路传感器、模拟通道开关、半桥单臂电路、高性能放大器和16位AD转换器。所述的上位机通过RS232通讯接口与单片机控制器互连，稳压电源、控制键盘、液晶显示器、模拟通道开关、16位AD转换器、3-8译码器均与单片机控制器连接，电源指示灯与稳压电源连接，多路传感器与模拟通道开关连接，模拟通道开关连接半桥单臂电路后再与高性能放大器连接，3-8译码器连接通道指示灯。从图2中的可以看到试验槽内安装有多路传感器，多路传感器检测到不同部位的注浆深度和固结强度原始模拟信息，通过单片机控制器控制模拟通道开关，分时到达半桥单臂电路，经过高性能放大器放大，16位AD转换器转换，输入到单片机控制器中。单片机控制器对输入信息进行处理转换成注浆深度和固结强度的实际值，一方面通过液晶显示器显示，另一方面利用RS232通讯接口输入到上位机中。上位机处理流程参见图5，上位机收到数据后，通过软件进行数据处理，同步仿真在上位机中通过数字和图像两种形式实时显示试验槽内各部位的注浆状态。检测系统在运行时，还设计了通道指示灯，显示当前采集信息的位置。
权利要求
1.一种随钻注浆性能测试试验槽，其特征在于包括实验槽容器、煤层、导线、传感器、 固定支板、地脚螺栓、随钻注浆工具、泥浆泵、检测系统的电路板和上位机，所述的试验槽容器为圆柱状，采用透明有机玻璃材料制成，试验槽容器内装有仿真钻井松散段煤层，试验槽容器通过固定支板、地脚螺栓与地面固连；所述的煤层通过人工粘结碎煤成质地松散易碎的仿真松散段煤层，煤层中心有钻孔，所述的随钻注浆工具和泥浆泵安装在实验槽容器一侧；所述的传感器安装在煤层中，传感器通过导线与实验槽容器外的检测系统的电路板连接；所述的检测系统包括信号拾取及转换电路、单片机控制器和上位机。
2.根据权利要求1所述的一种随钻注浆性能测试试验槽，其特征在于所述的传感器有两种，用于测试固结强度的气囊传感器和用于测试注浆深度的湿度传感器，均安装在煤层内，将试验槽容器内煤层轴向分段，选取2 4个煤层截面，每个截面安装1个气囊传感器；同时另选2 4个煤层截面，每个煤层截面沿径向排列安装2 3个湿度传感器，湿度传感器与钻孔壁距离在5cm以内。
3.根据权利要求1所述的一种随钻注浆性能测试试验槽，其特征在于所述的气囊传感器与湿度传感器间隔安装。
4.根据权利要求1所述的一种随钻注浆性能测试试验槽，其特征在于所述的随钻注浆工具安装在钻头与钻杆之间，随钻注浆工具设有喷嘴，钻井液在泥浆泵的作用下通过喷嘴向钻孔壁注浆。
5.根据权利要求1所述的一种随钻注浆性能测试试验槽，其特征在于所述的检测系统的信号拾取电路包括固结强度和注浆深度的多路传感器、模拟通道开关、半桥单臂电路、 高性能放大器和16位AD转换器，所述的上位机通过RS232通讯接口与单片机控制器互连， 稳压电源、控制键盘、液晶显示器、模拟通道开关、16位AD转换器、3-8译码器均与单片机控制器连接，电源指示灯与稳压电源连接，多路传感器与模拟通道开关连接，模拟通道开关连接半桥单臂电路后再与高性能放大器连接，3-8译码器连接通道指示灯。
全文摘要
本发明涉及一种随钻注浆性能测试试验槽，包括实验槽容器、煤层、导线、传感器、固定支板、地脚螺栓、随钻注浆工具、泥浆泵、检测系统。所述的试验槽容器为圆柱状，采用透明有机玻璃材料制成，试验槽容器内装有仿真钻井松散段煤层，试验槽容器通过固定支板、地脚螺栓与地面固连；煤层中心有钻孔，多路测试传感器安装在煤层中，传感器通过导线与实验槽容器外的电路板和上位机连接；所述的随钻注浆工具和泥浆泵安装在实验槽容器一侧；检测系统包括信号拾取及转换电路、单片机控制器和上位机。本测试试验槽结构简单，通过在试验槽中进行性能测试，为现场提供一种可靠、方便、经济的随钻注浆设备注浆效果的测试和泥浆配方性能的测试。
文档编号G01N33/38GK102507246SQ20111034223
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者乌效鸣, 张永权, 王生维, 王院生, 路桂英, 陶阳 申请人:中国地质大学(武汉)