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1、泥浆损害仪的设计,学 生:张靖健 工程技术学院 指导老师:宋 宏 工程技术学院,摘要 本仪器主要是为了保护油层,防止损害油层的一项勘探开发过程,是实现”少投资,多产出”的以经济效益为中心的战略目标的一项综合配套技术,地层损害的内因在于油气层本身的性质.如岩性,物性和地层水特性(水型,矿化度,PH值),而地层损害外因在于进入油层的外来流体的不配合性或者不相容性,因此评价所有入井流体配伍性是实施油层保护技术的基础工作,而且完成该项目最直接的可靠的和最现实的方法是应用现代岩心实验技术进行油层岩心流动实验.显而易见,控制井眼不稳定和地层损害问题的关键是设计一种合适的钻井液,它能在井壁上形成一个致密的低
2、渗透性泥饼以使进入地层的滤液降到最小。此研究的目的是用实验方法研究在低渗透性气层中不同钻井泥浆体系的泥饼特性,以便形成一个标准,使钻井工业能够选择合适的泥浆体系用于这类气层。该损害仪的零部件由11个部分组成,计算采取分开计算,并对各个部分进行强度较核,来达到使用经济效果。关键词 岩性,物性,地层水特性,前 言本课题主要目的是加深对机械结构设计和尺寸设计方面的了解，并用于生产实际中得出。在这之前研究过泥浆对岩石损害仅限于一般了解，一直都没确切的仪器来进行研究和实验，详细检测损害程度和造成结果。其中文献主要来源是导师推荐和自己到图书馆查阅机械设计方面书籍来进行计算和理论研究的。,1泥浆损害仪的功能
3、，研究方向及其作用.1.1泥浆损害仪的功能在钻井过程中，采用泥浆打开油层，在其中会破坏岩心，以至于破坏了油层，所以该设备的主要功能包括以下几点：1测试在泥浆通过岩心时候对岩石损害程度；2测试泥浆通过岩心后，岩心温度情况；3测试泥浆通过岩心后，看其岩心的渗透率；,1.2泥浆损害仪的作用本仪器主要是为了保护油层,防止损害油层的一项勘探开发过程,是实现”少投资,多产出的以经济效益为中心的战略目标的一项综合配套技术,地层损害的内因在于油气层本身的性质.如岩性,物性和地层水特性(水型,矿化度,PH值),而地层损害外因在于进入油层的外来流体的不配合性或者不相容性,因此评价所有入井流体配伍性是实施油层保护技
4、术的基础工作,而且完成该项目最直接的可靠的和最现实的方法是应用现代岩心实验技术进行油层岩心流动实验。1,1.3泥浆损害仪的研究方向及其实验过程研究课题内容井眼不稳定和地层损害是石油工业遇到的两个主要问题。人们普遍认为,地层损害主要是泥浆滤液的侵入与流体岩石相互作用改变了孔隙内流体的化学性质引起的。在井壁上形成一层致密的泥饼以阻止泥浆滤液的侵入。致密的泥饼也能对井壁起到支撑作用而防止井眼坍塌。因此,解决井眼不稳定和地层损害问题最有效的方法是设计一种与储层内流体岩石相适应、具有独特泥饼特性的钻井液。本文探讨了多种新型特性的泥浆体系,以及它们在澳大利亚中心地区致密气层钻井完井中的潜在用途,这些地区的
5、储层非常容易受到损害。探讨的4种泥浆中,酯基泥浆在井壁上形成一层致密泥饼,这是一种最有效的保护储层的泥浆体系。,泥浆固化影响实验程序结果讨论结论,2.泥浆损害仪的结构分析及其力学计算：2.1设计思路 目前岩心在环压下夹持在筒中，然后泥浆以一定流速经过岩心一端，在经过时候会对岩心产生一定损害，本仪器是通过此方法，来通过模拟专井中在一定深度下会对岩心损害程度以及会对石油产生什么样的影响，基本是先通过导师给的数据来计算各个部分的尺寸，以及要达到的要求。,2.2实验过程：1.在开始实验时，检查零件各个部分是否接触良好。2.取实验样品，打开仪器左端的调节螺母将岩心放入夹持器中，在旋紧螺母，固定好岩心。3
6、.在通过外界加一个环压来加紧岩心，达到实验指定环压，不让其在套筒内错位。4.打开泥浆泵，通过筒的上端灌入有一定速度的泥浆流，来冲刷岩心一端。5.关闭泥浆泵，解除环压，取出岩心并来测试岩心损害。整个实验过程如上,2.3涉及到实验关键仪器在加入岩心时候是否适合，有空隙否，在加入橡胶套，加入一定环压是否会损害橡胶套，是否会有油通过橡胶与筒壁接触处漏出，在加入一定泥浆流会对仪器有什么伤害，这些问题都是实验关键，也是在设计中要解决的问题，在下面计算中会逐个解决。14,2.4泥浆损害仪的设计橡胶筒的设计目前，在一系列的主要技术上，岩心夹持器从JHR-IV型产品，工作压力一般为3260MPa，使用温度为80
7、，使用的介质为油、中强酸、碱、盐等中，IIIV型等岩心进口端带测压空，适合岩心规格见下表所示：一般常规标准岩心的直径为25mm.30mm.38mm，长度在100mm以内，,根据导师提供数据1.岩心直径为25 mm;2.实验岩心的最大长度为86mm,实验的最小长度为54mm;3.工作压力为8MPa.2.4.2 金属材料选择由于实验过程中会接触到酸、碱，盐、油等介质，通过查机械设计手册（GB122075），得出在直接接触部分包括其他零件都用1Cr18Ni9Ti,该材料用途是作焊芯，抗磁仪表，医疗器械，设备衬里等，有较好的耐腐蚀性。,2.4.3 橡胶材料选择按照常规的钻井深度一般为40005000m
8、左右，按每100m地温升高3计算，橡胶筒的抗温强度设计为120150，如果地温超过150，特别是在做蒸汽驱实验时，就需要选用特种材料压制胶筒。根据此要求：橡胶筒必须耐高温（达150），耐高压（达60MPa）,耐酸、碱、盐及各种油类等优良性能，长期使用不易损坏，所以查相关橡胶设计手册，符合条件橡胶是：丁晴橡胶,橡胶筒的设计有导师给的已知数据：实验岩心直径为25mm,根据查资料和对比以前设计经验可得，橡胶筒内径取26.7mm，在有=26.7-25=1.7mm空间间隙中，有利于实验岩心进出的方便和岩心进入橡胶筒后夹持。因为橡胶筒须承受给出的8MPa的工作压力，因此根据橡胶材料选择手册可查到，丁晴橡胶
9、的厚度取=5.1mm符合条件。所以，由此推出橡胶筒的外径得=26.7+5.1x2=36.9mm.则橡胶筒的外径为36.7mm.岩心为最大长度86mm时，调节右螺母进入橡胶套9mm,则右螺母进入橡胶套9mm.此岩心为实验的最长长度，因此也就确定了此橡胶筒的最长长度,根据已确定的设计数据，带入数据我们可得：L=86+9+9=104mm考虑到橡胶筒在设计中夹持岩心同时，也有一部分在右顶紧螺母中有一定长度来对其充入油体进行密封，则实际长度应该大于104mm，对于其取多长，在后面的密封设计中会提到。16则橡胶筒的图如下,岩心筒的设计,右柱塞的设计右顶紧螺母的设计右调节螺母的设计右螺母的设计2.4.10
10、左柱塞的设计2.4.11 左螺母的设计2.4.12 左旋紧螺母的设计2.4.13 确定岩心筒的长度橡胶筒密封设计,泥浆损害仪的总示意图通过以上对岩心夹持器各个部件的设计，现在我们可知岩心夹持器的总体示意图如下：,3.毕业设计总结作为我们将毕业的最后一次设计，充分的考察了我们大学四年学习情况，也提高了我对所学习的课程如机械设计，机械原理，理论力学，互换性与技术测量等了解。由于缺乏一定经验，很多设计中不足也体现出来了，更加增加在参加社会工作后应该好好掌握实际经验来弥补不足。在这次设计中，我的课题是泥浆损害仪的设计，充分体现出机械核心内容，也加深了我对一些石油钻井方面的认识，是我对其有了很深了解，让
11、我对他有了独特的认识。在导师帮助下，由给定数据，来计算出损害仪的各个部分的尺寸。利用了我们所学习的知识关于理论力学和强度较核。通过这次毕业设计，我对设计仪器的一些最基本的步骤和过程有了一个很好的了解，还掌握了一些最基本的技巧和方法，还学会如何利用手册去查自己想要设计的东西，这对我今后的工作有关系,而侵入量又与岩石物性是一次极好的实习。在设计过程中，我用到了很多以前学过的东西，将以前分门别类学到的课程结合到一起使用，促使我对四年学习的知识进行了一次较为系统的整理和复习，同时对以前所学的理论知识有了进一步的了解。这次设计中，我不断遇到一些问题，经常到图书馆查资料，遇到较大困难时，通过自己不懈努力和
12、导师的引导，圆满完成了任务。,参考文献1沈平平等油层物理实验技术.石油工业出版社,1995；2赵仕俊等智能化岩心流动实验仪.石油仪器,1992；3左光远等泥浆水力学.石油仪器,1997,11；4黄向东等-多功能岩心驱替系统设计.石油仪器,1998,12；5严恕荪等三轴压缩下气体在岩石中的渗透率测定.天然气工业,2000；6迟善武等石油岩心分析仪器设备分类.-6232-1996,石油工业出版社,1996；7赵仕俊等用非稳态方法测试岩心渗透率的研究.石油科技进展,石油大学出版社,1995；8赵仕俊基于线性拟合方法测量岩心孔隙度的研究.石油仪器,1997,11；9邵东亮等新智能型自动孔隙度仪设计.石
13、油仪器,1999,13；10李玉彬等利用计算机层析()确定岩心的基本物理参数.石油勘探开发；11吴仲诚等传感器的发展方向网络化智能传感器.电子应用技术,2001；12王红茹虚拟仪器:仪器发展的新时代.仪器仪表,1998；13成大先主编，机械设计手册，化工出版社；14顾永泉编著，流体动密封（上），中国石化出版社；15顾永泉编著，流体动密封（下），中国石化出版社；16苏。B。H达赫诺夫，确定岩石储集性质及含油气饱和度的地球物理方法，石油工业出版社；17美。H。B布雷德利，石油工业手册，石油工业出版社；,18李琪遍著，普通岩心分析技术，石油工业出版社；19段勇编译，特殊岩心分析，石油工业出版社；20
14、吴用近、林美樱遍著，Auto CAD 2002，人民邮电出版社；21俄。奥尔洛夫、卡尔波夫、塔波尔科夫编，油气储集层的岩石物理研究，石油工业出版社；22美。安德森著，取芯和岩芯分析手册，石油工业出版社；23赵仕俊CMS200/300 自动岩芯测量系统分析，石油大学仪表厂；24邵东亮、王建强、向军径向多层岩心夹持器设计，石油大学仪器场；25高旺来常规岩心夹持器在低渗储层渗流特征曲线实验中的局限性，石油大学石油工程系；26余维初、胡三清、赵修太、张依华JHR新型岩心夹持器系列的研制与应用，江汉石油学院应化系；27李晓东我国岩心分析仪器的发展与展望，石油大学石仪科技发展公司。,致 谢在本次毕业设计过程中，我非常有幸地得到了宋宏老师以及其他老师的指导和帮助。老师渊博的专业知识、严谨的治学态度、对本专业发展的远见卓识和他的敬业精神都给我留下了深刻印象，为我树立了今后工作和学习中的榜样。即将毕业之际，我向他致以最诚挚的谢意。同时,还要感谢其他同学的大力支持和热心帮助，他们为我顺利完成论文提供了很大帮助，感谢他们给我的帮助。再次感谢在校期间所有给予我帮助的其他老师和同学。,
