黏附系数测定仪黏附装置的研究

陈延滨，李进，赵建刚，邓都都，李梅楠，王雪竹

黏附系数测定仪黏附装置的研究

陈延滨，李进，赵建刚，邓都都，李梅楠，王雪竹

(北京探矿工程研究所，北京 100083)

本文介绍了黏附系数测定仪工作原理，指出黏附盘与泥饼黏附方式不同会影响测试结果，介绍了传统黏附方式、弹簧黏附装置、气源黏附装置、螺旋传动黏附装置等几种黏附盘的黏附装置。

黏附系数；测定仪；钻井液；研究

0 前言

黏附系数测定仪用来测定钻井液的“卡钻趋势(Stuck Pipe Tendency)”及评价钻井液中润滑剂的作用效果。在测量过程中，通过测定所得泥饼的面积就可计算出黏附系数，直接得到测试结果。黏附系数既要考虑泥饼的摩阻性或黏滞性，也要考虑在井孔中发生卡钻产生的泥饼量。所用钻井液产生卡钻情况及所用处理剂效果如何，在现场就可立即测定出来。该设备通常用二氧化碳或者氮气加压，标准测试为在体积约为200 mL的不锈钢泥浆杯中施加3292 kPa(477.5 PSI)的压力[1]。

该仪器首先做一个中压失水实验，做失水实验时，黏附盘与泥浆杯底有一段距离，如图2所示，失水实验完毕后，形成滤饼，通过外力将黏附盘与泥饼进行贴合黏附。最后用指针式扭力扳手进行扳动，测得黏附盘最大黏附力，如图1所示。

图1 黏附系数测定仪工作状态

1.泥浆杯；2.密封圈；3.滤网支撑；4.滤网压盖；5.滤网；6.滤纸；7.聚四氟压环；8.密封圈；9.安装柱；10.密封圈；11.杯盖；12.密封圈；13.阀杆；14.密封圈；15.黏附盘；16.固定螺栓。

在实验过程中笔者发现，由于泥浆杯内有压力，黏附盘与泥饼是不容易黏附的，尤其是泥饼比较薄的状态；另外，黏附盘与泥饼黏附的方式不同与测试结果有很大的不同。

目前，使黏附盘与泥饼黏附的黏附装置有以下几种：传统黏附方式、弹簧黏附装置、气源黏附装置和螺旋传动黏附装置。下面将这几种黏附装置做简要分析。

1 传统黏附方式

传统黏附方式如图3所示。

图3 传统黏附方式

手动按压杆，采用杠杆原理进行加压，这种加压方式比较简单。但是，手在整个操作过程中施力容易忽大忽小，黏附盘与泥饼黏附时容易失败。有的实验人员为了避免实验失败，将施加力的一端更换成一定质量的重物，如图4所示的恒重加压装置，这样大大提高了实验的成功率，但是整个仪器重心不稳，容易翻倒。

1.加压杆；2.黏附盘；3.泥浆杯；4.连接链；5.重物；6.托盘；7.加长加重底座；8.支撑横梁；9.上阀杆；10.支撑杆；11.下阀杆。

这种如图4所示的恒重加压装置由重锤、加压杆、黏附盘、支撑杆、支撑横梁组成，底座是加长加重底座，支撑杆与支撑横梁连接安装在加长加重底座上，泥浆杯、用于压实泥饼的阀杆以及黏附盘分别安装在支撑杆上，加压杆与支撑横梁连接，加压杆上悬挂有一定质量的重块，该加压方式输出稳定的压力，测量钻井液黏附系数比较精准。但是存在重心不稳容易翻倒的潜在危险[5]。

2 弹簧黏附装置

传统黏附方式有着很大的不方便性和不稳定性，在传统黏附方式基础上，有人进行了弹簧黏附装置的设计图5所示。

图5 弹簧黏附装置

结构图如图6所示，底座通过压制架的弯卡扣固定，弯卡扣设在底座套的外侧，底座套的内侧通过下活动轴与压制架主体的一端连接，压制架主体的另一端通过上活动轴连接压制架手柄，且压制架手柄上安设拉力弹簧，滤失完毕后，一手用加压杆扣住支架横梁用力将黏附盘压下，一手同时把加压杆卡下的圆固定环挂上拉力弹簧，下压压制架手柄，放入手柄槽，使得黏附盘与泥饼黏附。在工作状态下，弹簧处于拉伸状态，弹簧的拉伸量每次实验是一致的，根据胡克定律，弹簧产生的力每次实验是相等的，即可保证实验人员的可操作性又能保证实验的成功率[4]。

1.加压杆；2.加压杆圆固定环；3.拉力弹簧；4.转轴；5.压制架手柄；6.下活动轴；7.弯卡扣；8.支撑架；9.支撑盘；10.泥浆杯；11.下阀杆；12.底座；13.上阀杆；14.底座套；15.压制架主体。

3 气源黏附装置

根据上述几种装置的优缺点，设计了气源黏附装置如图7所示，气源黏附装置是通过气体进行加压，加压的力可以通过调压阀进行精确控制，大大提高了实验成功率，不同实验人员作出的实验结果也有可比性。

1.外壳；2.弹簧；3.密封圈；4.活塞；5.密封圈；6.气源接头；7.密封圈。

如图8所示实物图气源黏附装置采用颚式结构与实验杯体连接，通过活塞压弹簧作用在黏附盘上[3]。

图8 气源黏附装置

4 螺旋黏附装置

另外一种黏附装置是螺旋黏附装置如图9所示，通过螺旋传动施加外力作用在黏附盘上。这种装置结构简单，但是螺旋传动旋转时，黏附盘也有跟着旋转的趋势，有时黏附效果不好，黏附盘跟着转动，从而破坏实验的原始状态，使得实验结果有所偏差。

5 结论

本文介绍了黏附系数测定仪工作原理，指出黏附盘与泥饼黏附的方式不同对测试结果有很大的影响。介绍了几种黏附盘的黏附装置：传统黏附方式、弹簧黏附装置、气源黏附装置、螺旋传动黏附装置。

图9 螺旋黏附装置

(1)传统加压方式实验容易失败；

(2)弹簧黏附装置保证实验人员的可操作性又能保证实验的成功率；

(3)气源黏附装置加压的力可以精确控制，大大提高了实验的准确性，是值得推荐的一种加压方式；

(4)螺旋传动黏附装置容易使得黏附盘也跟着旋转从而破坏实验的原始状态，使得实验结果有所偏差。

[1] Fann. Differential Sticking Tester Instruction Manual[Z]. Fann instrument company.

[2] 余骅. 起下钻过程中引发的井筒波动压力研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2014.

[3] 海通达. 黏附系数测定仪说明书[Z]. 青岛:海通达仪器有限公司,2007.

[4] 中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司.泥饼粘附系数测定仪压制架：201520096647.9[P].2015-08-12.

[5] 中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司钻采工艺研究院. 一种带有恒重加压装置的泥饼粘附系数测定仪: 201320572748X[P]. 2013-09-16.

2017-01-05

陈延滨(1978-)， 男，黑龙江依兰人，工学硕士，北京探矿工程研究所，高级工程师，长期从事钻探泥浆仪器的研发、售后服务工作，北京市海淀区学院路29号探工楼102室，Tel：010-82321596。

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