一种钻井液泥饼动摩擦系数测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钻井液性能测量技术领域，特别是一种评价钻井液泥饼动摩擦系数的 测量装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着石油钻探技术的发展，大位移井、水平井越来越多，对钻井液润滑性能的要求 也越来越高，钻井液的润滑性对安全施工起着至关重要的作用。
[0003] 目前国内外针对钻井液泥饼润滑性或摩擦系数研究较少，鲜有文章报道一些评价 泥饼润滑性的新仪器或新方法。实验室评价泥饼润滑性能或摩擦系数的仪器有滑块式泥饼 粘滞系数测定仪，该仪器操作简单，但也存在一些不足之处：（1)所测量的摩擦系数为滑块 开始下滑时的最大静摩擦力产生的摩擦系数，并不能真实反应动态摩擦系数，最大静摩擦 力要略大于动摩擦力；（2)由于凭人眼观察滑块开始下滑时的滑板转角，难免有些滞后于 真实的读数，造成误差偏大。因此，有必要研制一种测量精度高、能够评价泥饼动态摩擦系 数的测量装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种泥饼动摩擦系数的测量装置，该装置操作简单、测量数 据准确，能够准确反应钻井液泥饼的动态摩擦系数大小。
[0005] 为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
[0006] 钻井液泥饼动摩擦系数测量装置，在L形支架1的底板上设有调平螺钉8,在L形 支架的垂直夹角处铰链活动支板3,活动支板3的另一端铰链滑板2,滑板2倾斜搭接在L 形支架1的底板和立板之间，在滑板2上斜面垂直固定有上固定板4和下固定板5,上下固 定板之间的间距与被测试钻井液泥饼直径相同，在上固定板4和下固定板5之间设置独立 的圆板滑块11，圆板滑块11的直径远小于被测试钻井液泥饼的直径，在上固定板4和下固 定板5之间还设有圆板滑块11滑行时间的计时装置。
[0007] 上述方案还包括：
[0008] 所述的计时装置是在上固定板4和下固定板5相对面上分别设置导电触头，导电 触头通过导线6与计时器7连接，同时上固定板4和下固定板5设为导电体并分别与计时 器7连接。
[0009] 所述的计时装置是在上固定板4和下固定板5相对面上分别设置导电触头，导电 触头通过导线6与计时器7连接，同时圆板滑块11设为导电体并分别与计时器7连接。
[0010] 在L形支架1夹角处设置量角器9,量角器9与活动支板3通过旋紧螺钉10固连； 在L形支架1的底板上设有设有水平仪，所述的水平仪圆水平泡或者是直水平尺。
[0011] 按照前述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置的测量方法：首先调整L形支架1的 底板为水平，测量滑板2与底板之间的倾角并记为α，将滤失仪制取的钻井液泥饼固定在 滑板上，两端由上下固定板固定；测量上下固定板4、5之间的距离并记为L ;再将已知质量 为m、直径为d的圆板滑块11放置在泥饼上端，记录圆形滑块在落至下固定板的时间并记为 七；最后根据1^ = 3*1：2/2，及〇1<8；[11(1-? = 111相，计算出摩擦力？，再根据1(1； = ?/6*(308(1计 算出泥饼的动摩擦系数Kf。
[0012] 所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置的测量方法的计算步骤：
[0013] 根据加速度公式可知：
[0014] C1)
[0015]
[0016] (2)
[0017] 根据力与加速度之间的关系，得：
[0018] Gsina-F = ma (3)
[0019] 将式⑵带入上式（3)，得出摩檫力F:
[0020]
(4)
[0021] 因此，动摩擦系数Kf为：
[0022]
[0023] 与现有技术相比，本发明操作简单方便，利用力学原理来计算泥饼的动摩擦系数， 且可以随意调整滑板倾角，重复实验，数据自动采集，测量结果更准确，本发明可广泛应用 于钻井现场、科研院所及实验室等部门。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明一种实施例的结构简图。
[0025] 图中，1、支架，2、滑板，3、活动支板，4、上固定板，5、下固定板，6、连接线，7、计时 器，8、调平螺钉，9、量角器，10、旋紧螺钉。
[0026] 图2是本测量装置中所涉及圆板滑块的结构简图。
[0027] 图3是本测量装置的局部放大图。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029] 结合图1所示，本发明实施例的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置主要由支架1、滑 板2、活动支板3、上固定板4、下固定板5、连接线6、计时器7、调平螺钉8、量角器9、旋紧螺 钉10和圆板滑块图2组成。
[0030] 其中支架1为L形金属支架，底部安装有调平螺钉8和圆水平泡，用来调节整个装 置的水平；活动支板3 -端与滑板2上的固定轴相连接，一端与L形支架1的轴线相连，而 且可绕轴线旋转，确定角度后将旋紧螺钉10旋紧，从而控制滑板2的倾角大小；上固定板 4和下固定板5均安装在滑板上，主要起固定泥饼的作用，且上下固定板之间的距离为固定 的，与形成泥饼直径大小相等；计时器7通过两根连接线6分别与上固定板4和下固定板 5相连接，连接点为接触触头，接触触头为触点感应自动计时；圆板滑块为圆形平板式金属 块，表面电镀抛光。当圆板滑块与上固定板4的接触触头分开时，计时器7开始计时，当圆 板滑块开始碰到下固定板5的接触触头时，计时器7停止计时。
[0031] 利用上述装置的测量方法：
[0032] 首先调整调平螺钉，使圆水平泡中的气泡处于中心位置；再调整活动支板使滑板 处于一个固定的倾角α，将滤失仪制取的泥饼固定在滑板上，两端由上下固定板固定；上 下固定板之间的距离为L ;再将已知质量为m、直径为d的圆板滑块放置在泥饼上端，并与上 固定板接触触头相接触；此时松开手使滑块在重力分力的作用下开始下滑，同时计时器开 始计时，滑块落至下固定板接触触头时计时器停止计时，此时记录下计时器时间t ;最后根 据L = a*t2/2,及G*sin a -F = m*a，计算出摩擦力F,再根据Kf = F/(G*cos α )计算出泥 饼的动摩擦系数Kf。
[0033] 计算步骤：
[0034] 根据加速度公式可知：
[0038] 根据力与加速度之间的关系，得：[0039] Gsin a -F = ma (3)[0040] 将式（2)带入上式（3)，得出摩擦力F :
[0035] ( 1 )
[0036]
[0037] (2)
[0041]
(4)
[0042] 因此，动摩擦系数Kf为：
[0043]
【主权项】
1. 钻井液泥饼动摩擦系数测量装置，其特征是：在L形支架（I)的底板上设有调平螺 钉（8)，在L形支架的垂直夹角处较链活动支板（3)，活动支板（3)的另一端较链滑板（2)， 滑板（2)倾斜搭接在L形支架（1)的底板和立板之间，在滑板（2)上斜面固定有上固定 板（4)和下固定板巧），上下固定板之间的间距与被测试钻井液泥饼直径相同，在上固定板 (4)和下固定板（5)之间设置独立的圆板滑块（11)，圆板滑块（11)的直径远小于被测试钻 井液泥饼的直径，在上固定板（4)和下固定板（5)之间还设有圆板滑块（11)滑行时间的计 时装置。2. 根据权利要求1所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置，其特征是；所述的计时装 置是在上固定板（4)和下固定板（5)相对面上分别设置导电触头，导电触头通过导线化） 与计时器（7)连接，同时上固定板（4)和下固定板（5)设为导电体并分别与计时器（7)连 接。3. 根据权利要求1所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置，其特征是；所述的计时装 置是在上固定板（4)和下固定板（5)相对面上分别设置导电触头，导电触头通过导线化） 与计时器（7)连接，同时圆板滑块（11)设为导电体并分别与计时器（7)连接。4. 根据权利要求1或2、3所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置，其特征是；在L形 支架（1)夹角处设置量角器巧），量角器（9)与活动支板（3)通过旋紧螺钉（10)固连；在L 形支架（1)的底板上设有设有水平仪，所述的水平仪圆水平泡或者是直水平尺。5. 按照权利要求4所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置的测量方法，其特征是；首 先调整L形支架（1)的底板为水平，测量滑板（2)与底板之间的倾角并记为a，将滤失仪制 取的钻井液泥饼固定在滑板上，两端由上下固定板固定；测量上下固定板（4、5)之间的距 离并记为L ;再将已知质量为m、直径为d的圆板滑块（11)放置在泥饼上端，记录圆形滑块 在落至下固定板的时间并记为t ;最后根据L = a*t2/2,及G*sin a -F = m相，计算出摩擦 力F，再根据Kf = F/(G*cos a )计算出泥饼的动摩擦系数Kf。6. 根据权利要求5所述的钻井液泥饼动摩擦系数测量装置的测量方法，其特征是计算 步骤： 根据加速度公式可知：(1) 得：(2) 根据力与加速度之间的关系，得： Gsin a -F = ma 做 将式似带入上式（3)，得出摩擦力F : 因此，动摩擦系数Kf为： (4)
【专利摘要】本发明涉及一种评价钻井液泥饼动摩擦系数的测量装置和方法。装置是在L形支架的底板上设有调平螺钉，在L形支架的垂直夹角处铰链活动支板，活动支板的另一端铰链滑板，滑板倾斜搭接在L形支架的底板和立板之间，在滑板上斜面垂直固定有上固定板和下固定板，上下固定板之间的间距与被测试钻井液泥饼直径相同，在上固定板和下固定板之间设置独立的圆板滑块，圆板滑块的直径远小于被测试钻井液泥饼的直径，在上固定板和下固定板之间还设有圆板滑块滑行时间的计时装置。测量方法通过测量滑板与底板之间的倾角，测量上下固定板之间的距离，记录圆形滑块在落至下固定板的时间；最后计算出泥饼的动摩擦系数。本发明操作简单方便，测量结果更准确。
【IPC分类】G01N19/02
【公开号】CN105510222
【申请号】CN201410505775
【发明人】张志财, 慈国良, 赵怀珍, 王忠杰, 蔺琳, 罗云凤, 李军, 季一冰, 马云谦, 马桂清, 张冬玲, 史涛, 刘保双, 王俊涛
【申请人】中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年9月27日