Устройство для исследования структурно-механических свойств фильтрационных корок и пород Советский патент 1990 года по МПК E21B47/00 E21B47/09 

I 1 аме|эе 2 с возможностью осеног-з и враща- тельного перемещений, Между электррмаг- нитом 32 и рамой 27 подвижно закреплены преобразователи силы 29 и 30. Магнитный захват состоит из якоря 17 и постоянного магнита 35, установлен автономно на кама- I ре 2 м штоке 15 ИБК И, Камера 2 выполнена из-немагнитного г.:л)териала. При patDoie устройства с возникнозенмем прихвата И5К

14 с фильтрационной коркой 11 исследуют ее свойства. С помощью электромагнитного захвата силонагружающий узел соединяется с подвижной рамой 27, При включении электродвигателя 18 рама 27 перемещается вверх, прикладывая усилие к преобразователям силы 29 и 30. Преобразователи, размещенные в окнах рамы 27, измеряют крутящий момент. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение точности и расширение функциональных возможностей. Корпус состоит из рабочей 1 и измерительной 2 камер высокого давления. Внутри рабочей камеры 1 размещен имитатор пласта, включающий патрубок 8 с крышкой 9 и фильтр 10. Соосно в имитаторе пласта размещен имитатор бурильной колонны (ИБК) 14. С корпусом связан силонагружающий узел, включающий электродвигатель 18 и оснащенный электромагнитным захватом, выполненным в виде якоря 16, связанного с ИБК 14, и подвижного электромагнита 32. Последний установлен соосно на камере 2. Подвижная рама 27 соосно размещена на камере 2 с возможностью осевого и вращательного перемещения. Между электромагнитом 32 и рамой 27 подвижно закреплены преобразователи силы 29 и 30. Магнитный захват состоит из якоря 17 и постоянного магнита 35, установлен автономно на камере 2 и штоке 15 ИБК 14. Камера 2 выполнена из немагнитного материала. При работе устройства, с возникновением прихвата ИБК 14 с фильтрационной коркой 11, исследуют ее свойства. С помощью электромагнитного захвата силонагружающий узел соединяется с подвижной рамой 27. При включении электродвигателя 18 рама 27 перемещается вверх, прикладывая усилие к преобразователям силы 29-30. Преобразователи, размещенные в окнах рамы 27, измеряют крутящий момент. 2 ил.

Изобретение относится к горной про- мышпенностм и может быть использовано

для исследования структурно-механических с войств горных пород при бурен8Д скважин в условиях высокой температуры, давления, агрессивной среды.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

На фиг,1 изображено предлагаемое ус- .тройство, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг, 1,

Устройство содержит корпус, состоящий из рабочей 1 и измерительной 2 камер высокого давления, сседмненных с помощью фланцев 3 с изолирующей п роклад- кой 4 и закрепленных на консоли 5 стойки 6. Глзбочая камера 1 снизу закрыта заглушкой 7. Внутри ее размещ,ен -лмитатор пласта, который состоит из перфорированного патрубка 8 с крышкой 9, фильтра 10, на котором образуется глинистая корка 11, ог- оангялИ Пеля 12 фильтрационной корки, yns-i рэющегосй Б уступ 13 патрубка 8, имитатор бурильной КОЛОННУ 14 соосно размещен и MMi- Tarope пласта. 8 г -зрлерг/ тельной камере 2 расположен шток i5,8CTKDCoeAvinsHHt,r с МИтаторог-1 Gypi- i/ibHoS колонны 14 труь, якорем 16 смлоиафугкающегося узла м яко- pov 17 узла 1лймер1/1теля пере чеи енЕ/1й. Ct4- л;:;--загружающий узел cocTOttr из злектродз л;-ателя 18, закрепленного стойке б и через, клинорет енную передачу 19 связанного а винтовой г;арой - итрком20 с вмнтозой нарезкой м гайкой 21. Шток О установлен с помощью подшипн,- ка 22 на крышке 23 измерительной камеры 2, а с помси|ью аерхнего подшипника 24 - на кронштейне 25 стойки 6, Гайка 21 што- вой пары стопйрнь5М винтопл 26, в завмсикости от по.г 0женмй которого дюз- можны два с-пучая перемещаимя гэйки 21 на штоке 20: осевого по резьбе и аращательно- го вместе со штоком 20, если стопорнык винтом 26 осуществляется жесткое крег::,чЭ 1-т гайш 21 и штока 20. Гайка 21 жестко соединена с раной 27, на основании 28 которой на одинаковом расстоянии один от другого размещены три преобразователя 29-31 силы (например, преобразователи типа ТПА), удерж.ивающме электромагнит 32, Преобразователи 33 и 34 силы размещены в окнах подвижной рамы 27 и могут сообщать электромагниту 32 вра- щательно движение.

Узел измерителя перемещений состоит 0 из магнитного захвата, включающего якорь 17 и наруж1-5ый постоянный магнит 35. который через проставку 36 соединен с подвиж- ным элементом преобразователя перемещения, например с ползунком 37 по- 5 тенциометра 38. Магнитные захваты сило- нагружающего узла и узла измерителя перемещений установлены на расстоянии, исключающем .4е магнитного захвата силонагружающего узла на измерения пе- 0 ремещений.

Входные цепи преобразователей запи- таны от блока питания (не показан), а выход- ныз подключена к сумматору (не показан) и -;- чего к графелосгроителю 39 (например, 5 типа .

Рйбочай камера снабжена штуцерами для заполнений перфорированного пзтруб- ка 8 бурс зым раствором 40 и для ЗЫБСДЭ фильтрата 41.

0 Чувствительные элементы дйгчиков преобразователей 29-31 силы представля- гот собой стальной цилиндрический стержень с наклеенным тензорез лсторам1Л (не показаны). Тенэорезмсторы каждого чувст- 36 Bi/rre/fi-.Horo элемента объедмнень в две мостовые схе-мы. работающие независимо одна от другой.

Устройство работает следующим: образом.

40 Перфооирраанный патрубок 8 через штуцер 40 заполняют буровыгл раствором создают давление в заданных пределах. Из- за перепада давления в П8рфбр лрованно 1 патрубке 8 и рабочей : -змере 1 происходит 45 фильтра дия бурового раствора с образованием из фильтре 10 глинистой корки 11. ©мльтрйт., поступмви.(ий в рабочую камеру

1, выводится через штуцер41. По истечении заданного времени с возникновением контакта и прихвата имитатора бурильной колонны 14 с фильтрационной глинистой коркой 11 исследуют ее структурно-механические свойства. На обмотку электромагнитного захвата подается напряжение и электромагнит 32 силонагружающего узла электромагнитным полем, проникающим через немагнитный корпус измерительной камеры 2, соединяется с якорем 16. Перемещение последнего осуществляется силонаг- ружающим узлом. При включении электродвигатель 18 через клиноременную передачу 19 приводит во вращение шток 20, который сообщает перемещение гайке 21, подвижной раме 27 и установленному на ней с помощью преобразователей 29-31, 33 и 34 силы электромагниту 32, сцепленному магнитным полем с якорем 16.

Устройство позволяет проводить ис.С;;е- дования сил сопротивления фильтрзцмо-;- ной глинистой корки, выявляв е-э структурно-механические свойств, при осевом и вращательном перемещениях имитатора бурильной колонны. Для прооа- дения исследований при осевом перемзиде- HWM имитатора бурильной коломмь 4 устанавливают такое положение стопорного винта 26, при котором гайка 21 может свободно перемещаться по резьбе вдоль штока 20. Включают электродвигатель 18 и гэйка 21 вместе с подвижной рамой 27 пе- р01мещается вверх, прикладывая усь-лие для перемещения электромагнитного захвата с имитатором бурильной колонны 14 к преобразователям 29-31 силы, fipi: осевом перемещении имитатора бурильной колонны 14 предусмотрен ограничитель 12 фильтрационной корки, который позвог.яе.т избежать поршневого эфф-екта. Для проведения исследо - ан, 1й при вращательном перемещении имитатора бурильной колонны 14 стопорным винтом 26 жестко крепят гайку 21 к щтоку 20. При включении электродвигателя 18 гайка 21 вращается вместе со штоком 20. Крутящий момент передается через преобоазователм 33 и 34 силы на электромагнитный захвати имитатор бурильной колонны 14.

Преобразоайтелм силы работают на сжатме от усилий, направленных вдоль оси, При перемещении электромагнита 32, происходит деформация чувствительного элемента, которая вызывает изменение согфотивления тензорезмсторов мостовой схемы. Равновесие мостовой схемы нарушается. Получающийся сигнал подается на сумматор, а от него на графопостроитель 39.

Прилагаемое уси.ие по перемещению имитатора бурильной колонны Р и величина выходного сигнала сумматора, к которому подключены выходные цепи преобразова- телей 29-31, 33 и 34 силы, связаны соотношением

UcyM - S Р Ад.ус + Сэах Ад.ус ,

где UcyM - выходное напряжение сумматора, В;

Ад.ус - чувствительность датчиков усилий. В/Н;

СтзахАд.ус - постоянная составляющая напряжения преобразователей 29-31 или 33, 34 , пропсриисмальная элект- oof.-arHsira 32;

Л Р Ад.ус переменная составляющая выходного 15г пр):чеиип присбразователей 29-31 или 33, 34 .iM/ibi, пропооцмональная предлзгземым по перемещению имитатора бурильио - колонны.

Пос оямная сост8вляю 1.ая легко устраняется коррекпшукщи.; устройстсон сум- матоса млн pei iiCTO vioiiiero прибора; перо регпотрируюи о О шиборз выставляется на

нулевую :у , КО- ДЙ ЗЛс;КТрОМаГН - Т 32

отк.л1очен,

Измере;п-к}- :;ерэме1ценм имптзтора бу- рм. ьиой коло;П :; 14 проир Зодится прпоорэ- зопате.пом пйп --9щен -1й (пс генциометгом 38)узлг измерь ;V;M: перемещений. Якорь 17 узла измерите. гк-еегиещен, перемещает |-:5ружный по...ти ннь|И ма иит35. соединэн- ный через Hs:..-i;i::i iO uy;o псоста-рку 36 с по- э.;омепгом преобрэзозателя перемещений i; к/ззоляет пО;:учить на выходе нэпряжен 1е, пропорциональное пере- г ещению 17. отвечающее условию

Unn .Ann 6я .

где IJnn - вь холн ;е няпояженке преобразователя лереме1цений (потенu lOMema 38);

Ann - чувствительность преобразоаате- ля перемещемий. В/м;

Оя - рассто - -:ие, на которэе меремеща- ется якорь 17 (mi; угол поворота р..).

R

0

5

Выходной UCVM с сумматора по- дается ия везтмчальмую ра::вертку регпст- рируюшгго прпбарз 39, а выходной сигнал с гф.:;обрэзоватс;|; перемещений (пптенци- О озтра 38} передйстся нз гормзонтзльную развертку. Таким образом, получают воз- можмость г ег1ссрс;дстренно регс стрмрозать прилагае.юеусилиеотперемещэния имитатора бурильной колоннн

Р f (Р. йя).

где Р-80Спроизвод11М8я прибором аависи мость прилагаемого усилия от перемещения иммтатора бурильной колонны;

Р - прилагаемое усилие к имитатору бурильной колонны, измеряется системой преобразойателм 29-31 или 33, 34 силы - сумматор;

бя- ход я коря 17(& лйугол sro поворота 97я), измеряется преобразователем 38 перемещений,

По значению прилагаемого усилия от страгивайся и перемещения имитатора бурильной колонны судят о силах сопротивления глинистой корки, используемого бурового раствора в условиях перепада даа- ления.

Изменение конструкций силонагружа- ющего узла и узла измерителя перемеще

НИИ повышает точность измерении, что позволяет приблизить изучение контакта имитатор пласта - имитатор бурильной колонны к реальным скважинным условиям. Кроме того, исследование структурно-механических свойств фильтрационных корок и пород можно проводить при осевых и вращательных перемещениях имитатора бурильной колонны, создавая скважинные температурь; м давления. Все это обеспечивает высокое прогнозирование прихватов бури льных труб, а также исследование способов по предупреждению и ликвидации

0

5

0

5 0

прихватов, С проведением этих работ повышается эффективность по разработке методов предупреждения и ликвидации прихватов и применению их на аварийных скважинах.

Формула изобретения- Устройство для исследования структурно-механических свойств фильтрационных корок и пород, содержащее корпус, рабочую камеру с имитаторами пласта и бурильной колонны, измерительную камеру, силонаг- ружающий узел, связанный с корпусом, и измерительный узел с преобразователем перемещения,отличающееся тем,что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, оно снабжено электромагнитным захватом, подвижной рамой, преобразователями силы и магнитным захватом, электромагнитный захват выполнен в виде якоря, соединенного с имитатором бурильной колонны, и подвижного электромагнита, соосно установленного на измерительной камере, подвижная рама соосно размещена на измерительной камере с возможностью осевого и вращательного перемещения, преобразователи силы подвижно закреплены между подвижным электромагнитом и подвижной рамой, магнитный захват установлен автономно на измерительной камере и штоке имитатора бурильной колонны, при этом измерительная камера выполнена из немагнитного материала.

- 3