本發(fā)明屬于井壁穩(wěn)定劑對(duì)破碎地層封堵及膠結(jié)效果強(qiáng)弱的測(cè)試裝置與評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體涉及一種拖拽式固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定儀及其方法，主要用于測(cè)定瀝青類(lèi)井壁穩(wěn)定劑以及類(lèi)似材料對(duì)破碎地層的涂覆與膠結(jié)能力。

背景技術(shù)：

地層失穩(wěn)是鉆井工程中十分常見(jiàn)的現(xiàn)象，水的作用結(jié)果會(huì)加劇地層的失穩(wěn)進(jìn)程，例如泥頁(yè)巖與水接觸以后其含水量會(huì)明顯增加，密度下降，并使泥頁(yè)巖表面首先產(chǎn)生微裂縫(沿井眼周?chē)?，從而使泥頁(yè)巖強(qiáng)度降低。實(shí)踐表明，加入具有封堵功能的材料能夠有效降低泥頁(yè)巖滲透性和由于液柱壓力穿透作用造成的井壁附近泥頁(yè)巖孔隙壓力的增加，進(jìn)而降低地層的坍塌壓力。隨著助劑研發(fā)水平的不斷提高，新型井壁穩(wěn)定材料同時(shí)具備孔隙封堵和裂隙膠結(jié)的雙重功能，如含瀝青質(zhì)的地層防塌劑。瀝青具有在高溫情況下變軟直至成為流體的功能，在正向壓差作用下，軟化后的瀝青類(lèi)防塌劑能夠比較容易的進(jìn)入到地層裂縫中滯留并對(duì)裂隙產(chǎn)生物理粘結(jié)作用，從而提高破碎性和裂隙性地層的穩(wěn)定性。但就實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法及相關(guān)儀器的研發(fā)情況看，井壁穩(wěn)定劑的封堵能力特別是裂隙膠結(jié)能力缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)手段，這直接導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)施工和相關(guān)材料研發(fā)中的盲目性。因此，研制開(kāi)發(fā)封堵防塌材料模擬評(píng)價(jià)裝置和提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)合理制定井壁穩(wěn)定技術(shù)方案和合理使用井壁穩(wěn)定劑具有重大的技術(shù)指導(dǎo)意義。

關(guān)于封堵防塌劑對(duì)破碎地層封堵與膠結(jié)能力的評(píng)價(jià)目前尚未見(jiàn)到專(zhuān)用的實(shí)驗(yàn)裝置，也沒(méi)有成型的實(shí)驗(yàn)方法，在科研工作中，技術(shù)人員借助API濾失量測(cè)定儀對(duì)鉆井液配伍瀝青質(zhì)材料以后形成的泥餅進(jìn)行清水滲透性變化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)， 這種方法雖然與工程實(shí)際比較接近，但無(wú)法模擬井下環(huán)境對(duì)封堵防塌劑的技術(shù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，特別是無(wú)法評(píng)價(jià)封堵防塌劑經(jīng)較高溫度和壓力作用后對(duì)破碎層的綜合穩(wěn)定效果。就現(xiàn)場(chǎng)施工和相關(guān)的研究探索趨勢(shì)看，井壁防塌在重視材料封堵效果的同時(shí)，其膠結(jié)能力越來(lái)越受到重視，并已成為考查防塌材料技術(shù)性能的重要指標(biāo)之一，這是因?yàn)樵趯?duì)付破碎性地層的工程實(shí)踐中，具有良好膠結(jié)功能的材料能夠有效提高地層的坍塌壓力，進(jìn)而延長(zhǎng)地層的失穩(wěn)周期。從上述實(shí)際需要看，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)儀器的缺乏和實(shí)驗(yàn)方法與工程實(shí)際的脫節(jié)已經(jīng)成為制約封堵防塌劑功能進(jìn)一步改善和提高的主要障礙，急需在這方面有所突破。

從相關(guān)資料的檢索情況看，現(xiàn)有的相關(guān)中國(guó)專(zhuān)利分別有：

①CN202583048 U(一種測(cè)試道路瀝青與集料界面粘結(jié)強(qiáng)度的裝置)，該實(shí)用新型專(zhuān)門(mén)用于道路瀝青與集料界面粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)定，包括用于固定待測(cè)試件的上固石器和下固石器，所述上固石器的頂部固接有施力與測(cè)力裝置。通過(guò)裝置中的施力與測(cè)力裝置對(duì)待測(cè)試件施加拉力，并記錄待測(cè)試件被拉開(kāi)時(shí)所用力的大小，進(jìn)而結(jié)合其它參數(shù)計(jì)算界面粘結(jié)強(qiáng)度。該裝置操作簡(jiǎn)單，且能準(zhǔn)確測(cè)試道路瀝青與集料界面粘結(jié)強(qiáng)度。

②CN 202614659 U(一種混凝土塊與橡膠瀝青之間粘結(jié)力的拉伸測(cè)試裝置)，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種混凝土與橡膠瀝青之間粘結(jié)力拉伸測(cè)試裝置，底座中心安裝支撐柱；支撐柱兩邊對(duì)稱(chēng)安裝兩根導(dǎo)向圓柱；導(dǎo)向圓柱上部固定吊臂；絲杠穿過(guò)軸承座；絲杠下端與吊臂通過(guò)螺旋副連接；軸承座上端安裝有軸承蓋；第一吊鉤安裝在吊臂的中心下方；第一吊鉤下方連接s型傳感器，s型傳感器下方連接第二吊鉤，第二吊鉤下方連接上夾緊蓋，下夾緊蓋安裝在支撐柱；上夾緊蓋的底部連接上夾緊塊；下夾緊蓋的頂部連接下夾緊塊。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，能夠滿足粘結(jié)力測(cè)試試驗(yàn)要求，可以替代萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且價(jià)格低廉，結(jié)果較精確，便于推廣使用。

上述兩個(gè)專(zhuān)利均屬于瀝青與被膠結(jié)物界面之間粘接力的測(cè)定裝置，主要用于測(cè)定和評(píng)價(jià)瀝青與固體表面粘接力的大小，無(wú)法用來(lái)測(cè)定具有膠結(jié)能力的物 質(zhì)對(duì)破碎塊體成型強(qiáng)度的測(cè)定，和本發(fā)明所要獲得的數(shù)據(jù)和所要達(dá)到的目標(biāo)相差很大，兩個(gè)裝置在結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理上都與本發(fā)明專(zhuān)利存在著本質(zhì)區(qū)別。

由上述分析可以看出，已公開(kāi)的相關(guān)專(zhuān)利裝置不具備瀝青質(zhì)材料穩(wěn)定井壁效果的評(píng)價(jià)與測(cè)定功能，因此必須要以瀝青質(zhì)類(lèi)具有粘接功能的材料特點(diǎn)為依據(jù)，研制開(kāi)發(fā)適合于封堵膠結(jié)型井壁穩(wěn)定劑效果評(píng)價(jià)的專(zhuān)用儀器以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，為井壁穩(wěn)定現(xiàn)場(chǎng)操作和新材料的研究奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。國(guó)外也沒(méi)有相關(guān)專(zhuān)利。

地層失穩(wěn)與井壁穩(wěn)定是一個(gè)非常復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，由于影響因素眾多，并且各種因素之間又存在著復(fù)雜的制約關(guān)系，因此在關(guān)于井壁穩(wěn)定材料和相關(guān)的技術(shù)評(píng)價(jià)上，一直難以開(kāi)發(fā)出成型且為技術(shù)界所公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)手段

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種拖拽式固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定儀及其方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)井壁穩(wěn)定材料尤其是具有粘接功能材料(諸如瀝青質(zhì)材料)的地層保護(hù)效果實(shí)現(xiàn)量化評(píng)價(jià)，在模擬地層條件(壓力、溫度)下，對(duì)經(jīng)瀝青質(zhì)防塌材料膠結(jié)改造以后的松散(破碎)地層進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定，并定性評(píng)價(jià)膠結(jié)材料對(duì)破碎地層的膠結(jié)能力。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種拖拽式固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定儀，包括：

支架、底座：內(nèi)杯放置在底座上，支架固定在底座上；在所述內(nèi)杯內(nèi)裝有砂床膠結(jié)物，在所述砂床膠結(jié)物中埋有螺紋測(cè)力桿；螺紋測(cè)力桿的上端伸出砂床，在螺紋測(cè)力桿的最上端設(shè)有提拉環(huán)；

測(cè)試單元：包括傳動(dòng)裝置、測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)處理裝置；所述測(cè)量裝置用于測(cè)量螺紋測(cè)力桿的拉力；

蝸桿升降裝置：安裝在支架上，與測(cè)試單元連接，用于調(diào)節(jié)與螺紋測(cè)力桿的提拉環(huán)的提升力，使測(cè)試單元的顯示數(shù)值歸零；

所述傳動(dòng)裝置用于提升所述測(cè)量裝置；

所述數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)拉力傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)獲得砂床的固結(jié)物強(qiáng)度。

所述螺紋測(cè)力桿帶有螺紋的部分埋入到砂床中。

在所述底座上設(shè)有水平調(diào)節(jié)器；

在所述底座上設(shè)有限位凹槽，所述內(nèi)杯放置在所述限位凹槽中。

所述測(cè)試單元的傳動(dòng)裝置包括伺服馬達(dá)、減速系統(tǒng)、滑輪組、提拉繩和吊鉤；

所述伺服馬達(dá)通過(guò)減速系統(tǒng)的減速，轉(zhuǎn)換為扭矩用于提拉螺紋測(cè)力桿；

所述伺服馬達(dá)的輸出與提拉繩的一端連接，提拉繩的另一端跨過(guò)滑輪組后與吊鉤連接；所述吊鉤能夠與螺紋測(cè)力桿上的提拉環(huán)連接。

所述測(cè)試單元的測(cè)量裝置包括拉力傳感器，其采用一組電磁線圈，當(dāng)伺服馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩通過(guò)提拉繩以力的方式傳遞至測(cè)量裝置時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生一個(gè)與該力大小相等且方向相反的電磁力，這個(gè)力被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)處理裝置；

所述電磁線圈通過(guò)線圈固定軸固定在測(cè)試單元內(nèi)；

所述測(cè)試單元包括金屬桿，其一端與所述拉力傳感器連接，另一端從測(cè)量裝置中伸出，在該端安裝所述滑輪組。

所述測(cè)試單元進(jìn)一步包括固定軸，其將整個(gè)測(cè)試單元支撐固定在蝸桿升降裝置上。

利用上述拖拽式固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定儀進(jìn)行固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定的方法，包括：

(1)將盛裝砂床膠結(jié)物的內(nèi)杯置于底座的限位凹環(huán)中擺放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)器使底座水平；

(2)連接吊鉤和提拉環(huán)，微調(diào)蝸桿升降裝置使測(cè)量裝置的數(shù)值歸零；

(3)操作伺服電機(jī)使吊鉤緩慢上升，此時(shí)測(cè)量裝置的電子面板顯示數(shù)值不斷變化，表示提升拉力不斷升高；測(cè)量數(shù)值被實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)行處理，并記錄最大數(shù)值，然后數(shù)據(jù)采集處理裝置根據(jù)該最大數(shù)值換算砂床的 固結(jié)物強(qiáng)度；

(4)旋動(dòng)蝸桿升降裝置使吊鉤與提拉環(huán)完全松開(kāi)，取下內(nèi)杯，更換另一個(gè)內(nèi)杯進(jìn)行下一組測(cè)定，本組實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

所述步驟(3)中根據(jù)該最大數(shù)值換算砂床的固結(jié)物強(qiáng)度是利用下式實(shí)現(xiàn)的：

$F=\mathrm{mg}+390(0.8+0.9\frac{d}{L})\·(1.6+0.7\frac{c}{d})\·\mathrm{\π}\·d\·L\·{\mathrm{\σ}}_c^{0.5}$

其中，F(xiàn)為提拉力，即步驟(3)獲得的最大數(shù)值，單位為N；d為螺紋測(cè)力桿的直徑，單位為mm；L為螺紋測(cè)力桿的埋入深度，單位為mm；c為螺紋深度，單位為mm；σ_c為砂床的固結(jié)物強(qiáng)度，單位為KPa；m為螺紋測(cè)力桿的質(zhì)量，單位為g；g為重力常數(shù)，9.8m/s²。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明裝置主要用于完成具有膠結(jié)功能的井壁穩(wěn)定材料(如含瀝青質(zhì)材料)或具有類(lèi)似功能的其它井壁穩(wěn)定劑對(duì)破碎地層膠結(jié)效果的測(cè)定評(píng)價(jià)。

本裝置的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，測(cè)定結(jié)果的可重復(fù)性好。

(2)可以將砂床對(duì)螺紋桿件的固結(jié)力直接以強(qiáng)度單位表示出來(lái)，測(cè)定結(jié)果的物理意義明確，便于科研工作直接使用。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明中的測(cè)試釜體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明中的測(cè)試單元的放大圖。

圖4本發(fā)明中的測(cè)力桿埋入砂床部分的示意圖。

圖5固結(jié)強(qiáng)度隨提拉力的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明裝置主要是為了定性或定量的測(cè)定和評(píng)價(jià)井壁穩(wěn)定材料對(duì)破碎地層的表面涂覆封堵能力以及膠結(jié)程度，以及對(duì)相應(yīng)的測(cè)定過(guò)程提出了一種比較接近實(shí)際情況的井壁穩(wěn)定材料質(zhì)量和穩(wěn)定效果評(píng)價(jià)方法，主要方法是通過(guò)測(cè)定埋入膠結(jié)砂床中螺紋桿件的提拉力評(píng)價(jià)防塌膠結(jié)材料對(duì)破碎地層的膠結(jié)穩(wěn)定效果，本發(fā)明所涉及到的裝置和方法能夠有效提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可參考性，能夠促使與井壁穩(wěn)定相關(guān)的科研工作由定性逐步向半定量以至于定量化方向發(fā)展，同時(shí)也可為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)方案的制定和實(shí)施提供很好的理論支持。

A.裝置簡(jiǎn)述

本專(zhuān)利裝置主要包括以下四部分：①支架及底座；②蝸桿升降調(diào)節(jié)裝置；③釜體及砂床總成；④提拉力測(cè)定及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。裝置組成與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述如下：

如圖1、圖2、圖3所示，包括底座及臺(tái)架1用于放置待測(cè)定膠結(jié)強(qiáng)度的膠結(jié)砂床7-14；水平調(diào)節(jié)器2可以使底座及臺(tái)架1處于水平狀態(tài)，提高測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；蝸桿升降裝置3用于調(diào)節(jié)與埋入式螺紋桿件7-13(如圖2所示)相連接的提拉環(huán)7-12的提升力，使數(shù)據(jù)測(cè)試與采集系統(tǒng)歸零，埋入式螺紋桿件7-13規(guī)格如圖3所示，螺紋桿的直徑、螺紋部分的長(zhǎng)度都是和內(nèi)杯7-10的尺寸相對(duì)應(yīng)的，是經(jīng)過(guò)測(cè)算后得出的，例如可以如圖4所示；螺紋部分原則上要全部埋入砂床的，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)砂床的厚度不可能很精確，因此螺紋部分的長(zhǎng)度一般要稍微長(zhǎng)一些，以確保埋入砂床部分的桿件都是螺紋桿，而不是光滑桿，目的是保證膠結(jié)物與桿件盡可能有效的結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，例如可取直徑為13Mm，螺紋部分的長(zhǎng)度為80-90mm的螺紋桿件，采用三角形螺紋牙型，螺紋標(biāo)準(zhǔn)為M20x30，相應(yīng)的螺紋深度為1.65mm；經(jīng)過(guò)高溫高壓環(huán)境作用后的釜體及砂床總成7(進(jìn)行膠結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定時(shí)，只需要把內(nèi)杯7-10取出置于底座的限位凹槽5內(nèi)即可；內(nèi)杯7-10的底部設(shè)置有40目的不銹鋼篩網(wǎng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要上置高溫高壓(HTHP)濾紙或者不放，用于在高溫高壓環(huán)境下形成膠結(jié)物的過(guò)程中排出濾液；回壓閥7-3的上端止于內(nèi)杯7-10的篩網(wǎng)下面，并且不和篩網(wǎng)接觸)經(jīng)泄壓后，由放漿閥7-9排出剩余的流體，之后置于底座及臺(tái)架1的定位凹環(huán)5 內(nèi)，釜體的濾液排出桿閥(即回壓閥)7-3經(jīng)由定位凹環(huán)中部的通孔6穿過(guò)使其坐落于定位凹環(huán)5中；提拉力測(cè)定及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)4如圖3所示，包括傳動(dòng)裝置4-1(包括伺服馬達(dá)4-3，其功率為200W，和減速系統(tǒng)同處于一個(gè)箱體中，減速系統(tǒng)主要是一個(gè)高速比(輸入端轉(zhuǎn)速∶輸出端轉(zhuǎn)速≥2000∶1)的，可以是渦輪蝸桿系統(tǒng)，也可以是行星輪系統(tǒng)或者是內(nèi)嚙合式的高速比齒輪系統(tǒng)。伺服馬達(dá)4-3通過(guò)減速系統(tǒng)的減速，轉(zhuǎn)換為扭矩用于提拉螺紋測(cè)力桿7-13)、測(cè)量裝置4-2(測(cè)量裝置4-2內(nèi)置一組電磁線圈作為拉力傳感器4-8，當(dāng)伺服馬達(dá)4-3產(chǎn)生的扭矩通過(guò)繩4-5以力的方式傳遞至測(cè)量系統(tǒng)4-2時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生一個(gè)與該力大小相等方向相反的電磁力，這個(gè)力被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)時(shí)傳送至電腦系統(tǒng)進(jìn)行處理，最終被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度數(shù)據(jù)輸出打印)、滑輪系統(tǒng)4-4四部分(采用普通的定滑輪即可)。測(cè)量操作時(shí)，提拉繩4-5一端連接伺服馬達(dá)4-3，另一端跨過(guò)滑輪系統(tǒng)后與吊鉤4-6連接。使用時(shí)，首先調(diào)節(jié)蝸桿升降裝置3使提拉力歸零，之后開(kāi)啟伺服馬達(dá)4-3，測(cè)量系統(tǒng)4-2同時(shí)開(kāi)始工作并記錄拉力的變化情況(測(cè)量過(guò)程開(kāi)始以后，隨著提拉力的不斷增大，測(cè)量系統(tǒng)4-2中的電磁線圈所產(chǎn)生的反向平衡力也隨之增大，該力的變化過(guò)程被實(shí)時(shí)傳送至電腦終端進(jìn)行記錄和處理)，直到測(cè)得最大提拉力。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)最大提拉力測(cè)定結(jié)果換算出固結(jié)物的固結(jié)強(qiáng)度。

固定軸4-7將整個(gè)測(cè)試單元4支撐固定在蝸桿升降裝置3上，固定軸4-9則是支撐固定產(chǎn)生反向平衡電磁力的電磁線圈的，是置于測(cè)量系統(tǒng)4-2內(nèi)部的。

本發(fā)明根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要對(duì)HTHP釜體尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，以便能夠內(nèi)置砂床杯，實(shí)驗(yàn)時(shí)直接以砂床作為過(guò)濾層，能夠使得井壁固結(jié)劑充分進(jìn)入到人工砂床的縫隙中，在HTHP環(huán)境下對(duì)砂床形成膠結(jié)，給井壁固結(jié)劑技術(shù)性能的測(cè)定和破碎巖石固結(jié)效果的評(píng)價(jià)提供了測(cè)試實(shí)物。

測(cè)試釜體7是整個(gè)裝在加熱套7-2內(nèi)，然后將內(nèi)杯7-10置于測(cè)試釜7-1內(nèi)，蓋上釜蓋7-4，并用固定螺絲7-5將釜蓋與測(cè)試釜固定；在釜蓋上插入溫度譚政7-6、注入管7-7以及壓力探針7-8，內(nèi)杯中裝有7-14砂床，在內(nèi)杯上設(shè)有內(nèi)杯 提手7-11，主要作用是在砂床膠結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，可以方便的將內(nèi)杯從HTHP釜體中取出，其結(jié)構(gòu)就是一個(gè)鉤掛在內(nèi)杯上的不銹鋼材質(zhì)的提手。

放漿閥7-9處于內(nèi)杯上部，不能伸入到內(nèi)杯中，內(nèi)杯中是砂床，實(shí)驗(yàn)用工作液充滿內(nèi)杯上部測(cè)試釜的內(nèi)空間。

B.操作方法描述

(1)接通測(cè)試系統(tǒng)電源，連接并檢查測(cè)量裝置4-2與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括整個(gè)4-2測(cè)量裝置和電腦系統(tǒng))，將盛裝砂床膠結(jié)物的內(nèi)杯7-10置于底座1的限位凹環(huán)5中擺放平穩(wěn)，，調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)器使水平氣泡2(附圖3)居中。

(2)連接吊鉤4-6和提拉環(huán)7-12，旋動(dòng)蝸桿升降裝置3使測(cè)量裝置4-2的數(shù)值顯示為零。

(3)操作精控電機(jī)4-3使吊鉤4-6緩慢上升，此時(shí)測(cè)量裝置4-2的電子面板顯示數(shù)值不斷變化，表示提升拉力不斷升高。測(cè)量數(shù)值被實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，并記錄最大數(shù)值，用以換算砂床膠結(jié)物的固結(jié)強(qiáng)度。適合于本發(fā)明裝置的拉力與強(qiáng)度換算用數(shù)學(xué)模型如下：

$F=\mathrm{mg}+390(0.8+0.9\frac{d}{L})\·(1.6+0.7\frac{c}{d})\·\mathrm{\π}\·d\·L\·{\mathrm{\σ}}_c^{0.5}$

式中符號(hào)說(shuō)明：

F—提拉力，N；d—埋入式螺紋桿直徑，mm；L—埋入深度，mm；c—螺紋深度，mm；螺紋深度與埋入深度沒(méi)有直接的數(shù)量關(guān)系，由于計(jì)算模型中需要涉及到螺紋深度，以便確定某些變量，故按照機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的螺紋與螺距標(biāo)準(zhǔn)給出相應(yīng)的數(shù)值。理論上螺紋部分應(yīng)該全部埋入砂床中，但實(shí)際上不可能這么精確，一般情況下螺紋部分埋入長(zhǎng)度不小于螺紋部分總長(zhǎng)度的95％。

σ_c—砂床膠結(jié)強(qiáng)度，KPa；m—螺紋桿質(zhì)量，g；g—重力常數(shù)，9.8m/s²。

(4)旋動(dòng)蝸桿升降裝置3使吊鉤4-6與提拉環(huán)7-12(附圖1)完全松開(kāi)，取下砂床膠結(jié)物的內(nèi)杯7-10，更換另一砂床膠結(jié)物內(nèi)杯進(jìn)行下一組測(cè)定，本組實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

固結(jié)強(qiáng)度隨提拉力變化的趨勢(shì)線如圖5所示。

為了證實(shí)本發(fā)明裝置的效果，下面通過(guò)實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：瀝青防塌劑單劑固結(jié)效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

基本配方：35g/l膨潤(rùn)土+3g/l LV-PAC+25g/lSML-4+20g/l SMP-2+20g/l SMC+15g/l SMS-19+10g/lSPNH+10g/lNaOH+50g/l KCl+5g/l XJA-1+重晶石(ρ1.75～1.80kg/l)。

在110℃/5MPa環(huán)境下經(jīng)過(guò)2h后形成的砂床固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定值如表1所示，

表1

實(shí)施例2：不同軟化點(diǎn)瀝青防塌劑復(fù)合以后固結(jié)效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，基本配方同實(shí)施例1。在140℃/5MPa環(huán)境下經(jīng)過(guò)2h后形成的砂床固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定值如表2所示：

表2

實(shí)施例3：不同軟化點(diǎn)瀝青防塌劑復(fù)合以后固結(jié)效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，基本配方同 實(shí)施例1。在125℃/5MPa環(huán)境下經(jīng)過(guò)2h后形成的砂床固結(jié)物強(qiáng)度測(cè)定值如表3所示：

表3

以實(shí)施例3為例：在第一組實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)SMFF-2加量由15g/l增加至25g/l時(shí)，由本專(zhuān)利儀器測(cè)出的螺紋測(cè)力桿的提拉力由2713N增加到了2857N，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理以后的強(qiáng)度數(shù)值則由819KPa升高到了907KPa，表明SMFF-2在該加量范圍內(nèi)仍具有繼續(xù)強(qiáng)化膠結(jié)效果的作用。以下第二組、第三組以及其它類(lèi)似測(cè)試結(jié)果所顯示的趨勢(shì)均與本例相同。

本發(fā)明的特點(diǎn)如下：

1.破碎巖石經(jīng)過(guò)瀝青質(zhì)井壁穩(wěn)定劑膠結(jié)處理以后，能夠具有一定的抗破碎強(qiáng)度，這一處理結(jié)果可用于定性模擬破碎帶地層經(jīng)過(guò)瀝青質(zhì)材料處理以后井壁穩(wěn)定性的變化情況。

2.瀝青質(zhì)井壁穩(wěn)定劑對(duì)破碎地層的膠結(jié)效果與膠結(jié)體破碎時(shí)的作用力成正比，膠結(jié)效果越好，膠結(jié)體破壞時(shí)的作用力也越高。

3.為了使膠結(jié)體抵抗外力破壞的作用力數(shù)量化，以便用于材料性能和工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，預(yù)先將外表凹凸不平的金屬桿件埋入被膠結(jié)的破碎巖石中，待膠結(jié)體形成以后通過(guò)測(cè)定提拉金屬桿件的最大提拉力換算得到相應(yīng)的膠結(jié)體強(qiáng)度。在金屬桿件被拉出時(shí)，膠結(jié)體會(huì)受到破壞，徹底破壞前的瞬間提拉力值最大，由此可以測(cè)得膠結(jié)體的抗破碎強(qiáng)度。

本發(fā)明為一種用于測(cè)定和評(píng)價(jià)石油鉆井(或地質(zhì)鉆探)以及相關(guān)行業(yè)用井 壁防塌劑對(duì)易破碎地層以及裂隙發(fā)育地層穩(wěn)定效果的測(cè)定評(píng)價(jià)裝置。本裝置的特點(diǎn)是通過(guò)測(cè)定經(jīng)井壁穩(wěn)定劑作用以后的破碎塊體膠結(jié)物對(duì)埋入其中的螺紋桿件的固結(jié)力，定性或定量的評(píng)價(jià)防塌劑對(duì)裂縫性地層、破碎地層的膠結(jié)強(qiáng)化效果，測(cè)定結(jié)果可直接以強(qiáng)度數(shù)值表示，測(cè)定結(jié)果的可重復(fù)性較好，方便用于科研實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際也具有比較明確的指導(dǎo)意義。本發(fā)明裝置主要由支架及底座，蝸桿升降調(diào)節(jié)裝置，釜體及砂床總成，提拉力測(cè)定及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成，其特征在于最終結(jié)果具有明確的物理意義，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，自動(dòng)化程度高，數(shù)據(jù)處理過(guò)程與實(shí)際情況吻合度較高，具有很好的實(shí)用性，填補(bǔ)了井壁穩(wěn)定劑膠結(jié)能力實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)裝置缺乏的空白。

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開(kāi)了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類(lèi)型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。