多功能高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏儀技術(shù)方案及協(xié)議.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除多功能高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀 技術(shù)協(xié)議一.儀器簡(jiǎn)介CDL高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀是在CDL高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新型動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀，通過模擬漏失地層的溫度和堵漏時(shí)的壓差、并建立模擬不同漏失地層的物理模塊,通過多測(cè)點(diǎn)，可判斷堵漏槳侵入深度，最大程度的模擬鉆井工程中漏失狀況。為鉆井工作中的預(yù)防漏失以及正確處理鉆井工程中的漏失事故，提供完整地，有效地科學(xué)依據(jù)。為鉆井工程中的堵漏提供了一套有效的試驗(yàn)手段。二.儀器功能能夠模擬真實(shí)地層溫度、壓力等條件，評(píng)價(jià)堵漏漿正向承壓與防返吐能力；分析堵漏漿侵入巖心隨深度變化的壓力變化情況，研究堵漏漿的封堵機(jī)理。可以完成對(duì)堵漏材料的結(jié)構(gòu)、配比、耐溫性，耐壓性等性能的評(píng)價(jià)，研究不同堵漏劑對(duì)各種漏失地層堵漏效果。三.儀器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)本產(chǎn)品依據(jù)并滿足SY/T 5840-2007鉆井用橋接堵漏材料室內(nèi)試驗(yàn)方法制造。四.系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)技術(shù)方案概述高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀依據(jù)測(cè)試需求設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)備由恒溫控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、測(cè)試釜體、物理模型、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)采集與分析軟件等七個(gè)主要子系統(tǒng)組成?，F(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)功能及方案概述如下：恒溫控制系統(tǒng)：利用電加熱器提供恒溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以模擬與儲(chǔ)層相同溫度環(huán)境下，流體在井筒中的流動(dòng)過程（主要是模擬液體流動(dòng)過程中的剪切速梯）。恒溫控制部分使用進(jìn)口智能溫控儀，智能PID控制方式控制系統(tǒng)加熱，以充分保證系統(tǒng)控溫精度，提高恒溫儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)溫度在室溫160可調(diào)整?？販鼐龋?。壓力控制系統(tǒng)：采用氣驅(qū)液泵提供壓力實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以模擬入井流體的靜液柱壓力和地層的上覆壓力。采用機(jī)械助力泵加壓模擬地層上覆壓力。模擬靜液柱壓力范圍為040Mpa.模擬的地層上覆壓力范圍為045Mpa。物理模型：參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造，提供的縫塊可以模擬裂縫性漏失地層、滲透性漏失地層、破碎性漏失地層。提供的縫塊可以采用金屬和水泥兩種材質(zhì)制作。其中模擬裂縫性漏失地層的縫塊帶有多測(cè)點(diǎn)，可以用于測(cè)試堵漏漿的封堵深度。測(cè)試釜體：提供流體高溫高壓的工作環(huán)境，采用316L不銹鋼材料制作，可耐鹽水的腐蝕。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)：通過電機(jī)、皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子中的磁鐵，以磁力傳動(dòng)的方式，外轉(zhuǎn)子帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以便于用戶完成液體剪切速梯的模擬過程，保證實(shí)驗(yàn)過程中泥漿中含有的固相物質(zhì)不會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)而發(fā)生沉降。測(cè)量模塊：儀器主要用于測(cè)量堵漏過程中的封堵壓力和依據(jù)不同測(cè)點(diǎn)壓力來判斷封堵深度，同時(shí)測(cè)量泥漿的漏失量。儀器配備壓力傳感器來測(cè)量壓力的變化，采用電子天平來記錄泥漿的漏失量。數(shù)據(jù)采集與分析軟件模塊：通過計(jì)算機(jī)人機(jī)界面實(shí)時(shí)采集壓力、重量數(shù)據(jù)并顯示，實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)顯示并最終保存為指定數(shù)據(jù)格式，并通過專用數(shù)據(jù)分析軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、曲線分析及報(bào)表生成、打印操作。4.2 技術(shù)參數(shù) 1、驅(qū)替壓力：25MPa；2、驅(qū)替流量：200ml/min3、溫度范圍：室溫200C4、剪切速度：0600r/min5、測(cè)壓精度：0.15%F.S6、模擬漏失地層類型：（1）裂縫型（金屬縫板，出口為0.3，0.5，1，3，5mm共5套）；（2）滲透性 （填砂）；（3）破碎型 （多孔）；7、多測(cè)點(diǎn)夾持器規(guī)格：5測(cè)點(diǎn)，38x300mm；4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)本設(shè)備使用國(guó)內(nèi)目前先進(jìn)的加工設(shè)備加工成型，容器采用HC合金材料制作，采用先進(jìn)的工藝生產(chǎn)制造，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。它具有控溫精度高，抗腐蝕性強(qiáng)，產(chǎn)品熱平衡時(shí)間短，溫度波動(dòng)性小，均勻性好，結(jié)構(gòu)緊湊，造型美觀，節(jié)省能源，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。儀器的框架及其它附件配件均為不銹鋼板和優(yōu)質(zhì)型材制作，經(jīng)久耐用。各方面性能都穩(wěn)定的基礎(chǔ)上更具備實(shí)用性和便于控制。該設(shè)備具有容易安裝、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。如下圖1所示：圖中紅色粗線表示用內(nèi)徑20mm管線連接，黑色細(xì)線表示用3mm管線連接圖1.高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏試驗(yàn)儀流程圖4.4系統(tǒng)配置及功能系統(tǒng)設(shè)備主要構(gòu)成：n 恒溫控制系統(tǒng)n 壓力控制系統(tǒng)n 物理模型n 測(cè)試釜體n 機(jī)械控制系統(tǒng)n 測(cè)量模塊n 數(shù)據(jù)采集與分析軟件模塊下面章節(jié)中將分別對(duì)各子系統(tǒng)功能及配置做相應(yīng)說明：4.4.1恒溫控制系統(tǒng)1）功能介紹為控制樣品實(shí)驗(yàn)溫度，系統(tǒng)采用電機(jī)熱器加熱，實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)試釜體被電加熱器包裹，以保持實(shí)驗(yàn)測(cè)試所需的恒定溫度。溫度控制采用進(jìn)口智能溫控儀，高精度PID控制，配合大功率加熱，控溫速度快、控溫精度高，支持室溫至120的恒溫實(shí)驗(yàn)測(cè)試。并配備RS232數(shù)字串行口，支持由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)置和控制恒溫溫度。溫度傳感器采用保護(hù)套的形式直接插入到泥漿中，測(cè)試泥漿溫度。恒溫系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下：l 電 源：220V10V 50Hz；l 控溫范圍：室溫溫 160；l 控溫精度：1；l 加熱功率：2800W；2）系統(tǒng)配置l 鑄鋁加熱器l 進(jìn)口智能溫控儀l PT100溫度傳感器4.4.2壓力控制系統(tǒng)用于模擬地層的壓力環(huán)境（靜液柱壓力和地層上覆壓力），通過機(jī)械助力泵加壓來模擬地層上覆壓力，該泵為螺桿式柱塞泵，通過壓縮液體來提供壓力。該泵設(shè)計(jì)有齒輪助力系統(tǒng)，使用方便省力，泵的泵腔采用316L不銹鋼材料制作，可直接使用水作為介質(zhì)，避免油污，更加潔凈，維護(hù)方便。圖2.機(jī)械助力泵其技術(shù)參數(shù)最高工作壓力：30Mpa泵腔容積：210ml材質(zhì)：316L不銹鋼 采用氣驅(qū)液泵來加壓模擬靜液柱壓力采用氣體作為動(dòng)力源，其工作液體介質(zhì)為水，氣驅(qū)液泵的壓力控制采用氣體控制電磁閥和液體控制電磁閥，兩路電磁閥共同工作來保證壓力的精確控制。其技術(shù)參數(shù)：最大工作壓力為40MPa，最大輸出流量為：200ml/min氣相電磁閥最高工作壓力：2MPa液相電磁閥最高工作壓力：40MPa4.4.3物理模型物理模型可以模擬裂縫性漏失地層、滲透性漏失地層、破碎性漏失地層。提供的縫塊可以采用金屬和水泥兩種材質(zhì)制作。其中模擬裂縫性漏失地層的縫塊帶有多測(cè)點(diǎn)，可以用于測(cè)試堵漏漿的封堵深度。其技術(shù)參數(shù)：模擬裂縫型地層；梯形縫縫寬分別為： 0. 3 mm，0.5mm，1mm、3mm、5mm；模擬破碎型地層；多孔模型孔徑：2mm、3mm、4mm模擬滲透型地層；填砂管的規(guī)格為：38x150mm；模擬裂縫型地層；水泥模型模具：梯形縫縫寬分別為： 0. 3 mm，0. 5 mm，1mm、3mm、5mm；多測(cè)點(diǎn)夾持器：5測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分別距進(jìn)口端50、110、260，規(guī)格為：38x300mm；4.4.4測(cè)試釜體和活塞容器測(cè)試釜體用來裝入實(shí)驗(yàn)液體和樣品及模擬儲(chǔ)層環(huán)境，活塞容器則是用來傳遞壓力和補(bǔ)充測(cè)試釜體中的液體。由于實(shí)驗(yàn)流體中會(huì)含有較高含量的鹵鹽，對(duì)溫度、壓力、抗腐蝕性要求均較高，本方案選用耐腐蝕性能好的316L不銹鋼材料制作測(cè)試釜體和活塞容器，以保證在高溫、超高壓強(qiáng)條件下罐體良好的耐腐蝕性。 其設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：n 高壓罐體是由耐腐蝕性條件好的316L不銹鋼材料制成，內(nèi)表面光滑，便于密封安裝拆卸；n 密封圈采用氟橡膠密封圈密封，耐溫能力高達(dá)180 ；n 鼓型墊和壓帽采用耐腐蝕性條件的316L不銹鋼材料，高壓圓錐和螺紋管結(jié)構(gòu)；其技術(shù)參數(shù)如下：n 測(cè)試釜有效容積：2000mln 活塞容器容積：1500mln 最大耐壓：45MPa n 最高工作壓力：40Mpa4.4.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)為模擬樣品在地層中受流體旋轉(zhuǎn)剪切的過程，儀器通過使用電機(jī)帶動(dòng)釜體外的外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過安裝在內(nèi)外轉(zhuǎn)子中的強(qiáng)磁性磁鐵的磁力作用，帶動(dòng)釜體中的內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。從而到達(dá)控制流體剪切速梯模擬的目的。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)速傳感器和直流調(diào)速器控制，可無級(jí)變速控制。轉(zhuǎn)速范圍為：0600r/min。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：n 采用磁力傳動(dòng)，將傳統(tǒng)的動(dòng)密封改為靜密封，提高了設(shè)備的安全性和可操作性，大大降低了設(shè)備的維護(hù)難度，n 采用無級(jí)變速，可任意調(diào)整剪切速梯。n 內(nèi)轉(zhuǎn)子與釜體之間的間隙采用大間距設(shè)計(jì)，滿足泥漿中有大顆粒固相（8mm）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的要求其技術(shù)參數(shù)如下：電 源：220V10V 50Hz轉(zhuǎn)速范圍：0600r/min調(diào)速方式：無級(jí)變速電機(jī)功率：300W2）系統(tǒng)配置l 直流電機(jī)l 皮帶輪l 內(nèi)外轉(zhuǎn)子l 強(qiáng)磁性磁鐵l 轉(zhuǎn)速傳感器l 直流調(diào)速器4.4.6 測(cè)量模塊測(cè)量模塊主要用于測(cè)量?jī)x器實(shí)驗(yàn)過程中的壓力、重量變化。其配置和具體參數(shù)如下：1.壓力傳感器 數(shù)量：6個(gè) 量程：040MPa； 精度：0.1%F.S2.電子天平 數(shù)量：1臺(tái)； 量程：02100g； 精度：10mg；4.4.7數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括模擬量數(shù)據(jù)采集、模擬量數(shù)據(jù)輸出控制、壓力監(jiān)測(cè)功能模塊。數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)、PCI總線隔離多功能數(shù)據(jù)采集模板、PCI總線隔離數(shù)字量模板。采用虛擬儀器技術(shù)，為用戶提供簡(jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時(shí)簡(jiǎn)便。采用PCI隔離多功能數(shù)據(jù)采集及數(shù)字量模板，數(shù)字隔離提高系統(tǒng)抗干擾能力，同時(shí)最大限度地保護(hù)用戶計(jì)算機(jī)核心軟硬件資源。1）控制氣驅(qū)液泵進(jìn)行自動(dòng)加壓；2）采集數(shù)據(jù)：系統(tǒng)主控軟件通過采集控制卡采集壓力傳感器、電子天平數(shù)據(jù)。3) 記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：記錄采集到的壓力和電子天平數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的圖表和表格。五.設(shè)備使用條件安裝使用條件：n 環(huán)境溫度：1550n 環(huán)境濕度：85%RHn 大氣壓力：86106Kpan 地面要求：平整，無強(qiáng)振動(dòng)n 設(shè)備電子部分安全接地n 無陽(yáng)光或熱源輻射n 空氣質(zhì)量：無高濃度粉塵及腐蝕性氣體，無易燃易爆氣體n 實(shí)驗(yàn)室儀器操作間水電氣供給方便六、儀器詳細(xì)配置清單序號(hào)模塊單元儀器名稱性能指標(biāo)生產(chǎn)廠家數(shù)量1壓力控制模塊氣驅(qū)液泵最大工作壓力：40Mpa；最大工作流量：200ml麥克斯韋1電磁閥最大工作壓力：40Mpa外購(gòu)1電磁閥最大工作壓力：0.8Mpa外購(gòu)1機(jī)械助力泵工作壓力：45MPa外購(gòu)12測(cè)試釜體高壓容器最大工作壓力：40Mpa；最大工作容積：1500 ml湖北創(chuàng)聯(lián)1釜體最大工作壓力：40Mpa；最大工作容積：2L湖北創(chuàng)聯(lián)13機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)高強(qiáng)磁鐵寧波寧港12外轉(zhuǎn)子316L制作湖北創(chuàng)聯(lián)1內(nèi)轉(zhuǎn)子316L 材料制作湖北創(chuàng)聯(lián)1電機(jī)型號(hào)：130SZ02,工作電壓：220V ；功率：355W上海美事科1軸承海寧天科2皮帶輪湖北創(chuàng)聯(lián)1皮帶湖北創(chuàng)聯(lián)1轉(zhuǎn)速傳感器CSY-1A，上海華西1高強(qiáng)磁鐵寧波寧港124測(cè)量模塊壓力傳感器測(cè)壓范圍：040Mpa；測(cè)壓精度：0.1%F.S廣東康宇6壓力控制器壓力范圍：040Mpa外購(gòu)1壓力數(shù)顯表四位數(shù)顯外購(gòu)1電子天平量程：2100g梅特勒15溫度控制模塊電加熱套加溫范圍：室溫180C湖北創(chuàng)聯(lián)1溫度傳感器PT100，精度：0.1%F.S外購(gòu)1溫控儀控溫精度：士1C英國(guó)歐陸16物理模型及輔助元件梯形縫模塊規(guī)格：38300mm湖北創(chuàng)聯(lián)5多孔模塊規(guī)格：38300mm湖北創(chuàng)聯(lián)3填砂模塊規(guī)格：38300mm湖北創(chuàng)聯(lián)1水泥模型模具規(guī)格：38300mm湖北創(chuàng)聯(lián)5多測(cè)點(diǎn)夾持器五測(cè)點(diǎn)湖北創(chuàng)聯(lián)1多測(cè)點(diǎn)壓力傳導(dǎo)器用于傳