专利名称：一种泥饼性能综合评价方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泥饼性能综合评价方法及装置。
背景技术：
钻井液的泥饼对于控制钻井液滤失，维护井壁稳定及润滑起着极其重要的作用。目前，对于钻井液高温高压泥饼的检测仪器有评价泥饼润滑性的粘附系数测定 仪、粘滞系数测定仪，评价泥饼厚度的厚度测定仪，评价泥饼强度的针入度测定仪。这些检 测仪器虽然可以测量泥饼的粘附系数、粘滞系数、厚度、强度，但无法根据检测结果对泥饼 的综合性能作全面评价。由于泥饼的选用及使用性能并非直接依赖于泥饼的粘附系数、粘 滞系数、厚度、强度，而是依赖于泥饼的综合性能，即在强度、厚度、粘附系数等参数各自需 要限定在一定范围内后，强度、厚度、粘附系数等各参数之间还需满足一定关联关系，从而 使得该泥饼具有最优的使用性能。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简单有效的并可对泥饼性能进行综合评价 的方法及装置。为了解决上述问题，本发明提供了一种泥饼性能综合评价方法，包括以下步骤(1)在同一批次待测泥饼中选取一块作为受压泥饼，另一块作为空载泥饼，并将两 块泥饼同时分别放置在联动的旋转托盘上；(2)对受压泥饼施加设定压力，并测量记录所述受压泥饼与空载泥饼厚度与质 量；(3)同时缓慢启动联动的旋转托盘，并逐渐提高转速；(4)空载泥饼甩出旋转托盘时，记录该空载甩出转速；(5)继续提高转速至受压泥饼甩出托盘，停止旋转托盘并记录该受压甩出转速；(6)根据所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度与质量、所述步骤 (4)中测试得到的空载甩出转速、所述步骤(5)中测试得到的受压甩出转速及设定参数进 行计算、拟合及模糊判断，对该批次待测泥饼性能作出综合评价。进一步，所述步骤(6)中包括以下步骤(6. 1)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上的最大静摩擦力= μ (Iii1 g+N)(6-1)f2 = μ m2g(6-2)其中受压泥饼的最大静摩擦力；μ 受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数；Hi1 受压泥饼质量；N 受压泥饼承受的设定压力；f2 空载泥饼的最大静摩擦力；
Hi2 空载泥饼质量；(6. 2)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上甩出时的离心力F1 = Hi1 ω ^r = Hi1 (2 π 叫)2r(6-3)F2 = m2 ω 22r = m2 (2 π n2) 2r(6-4)其中=F1 受压泥饼甩出时的离心力；Iii1 受压泥饼质量；(O1 受压泥饼甩出时旋转角速度；H1 受压甩出转速；r 受压泥饼及空载泥饼半径；F2 空载泥饼甩出时的离心力；m2 空载泥饼质量；ω2 空载泥饼甩出时旋转角速度；η2 空载甩出转速；(6. 3)根据受压泥饼及空载泥饼甩出时离心力基本等于最大静摩擦力原理及所述 步骤(6. 1)、(6. 2)计算结果，得到受压甩出转速评价方程及空载甩出转速评价方程rii = [μ (m^+N) Zm1TYf2/2 π(6-5)η2 = (μ g/r) 1/2/2 π(6-6)其中mi 受压泥饼质量；H1 受压甩出转速；r 受压泥饼及空载泥饼半径；m2 空载泥饼质量；n2:空载甩出转速；μ :受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数；(6. 4)根据式(6-6)评价待测泥饼粘滞水平，根据式(6_5)与(6_6)拟合评价待测 泥饼强度，并与所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度进行综合模糊判断， 对待测泥饼作出全面评价。进一步，还包括以下步骤(7)改变受压泥饼承受的设定压力，重复所述步骤(1)_(6)，以精确评价该批次待 测泥饼的性能。本发明还提供了一种泥饼性能综合评价装置，包括支架，所述支架支撑受压泥饼测试结构与空载泥饼测试结构；受压泥饼测试结构，所述受压泥饼测试结构在控制模块控制下对受压泥饼进行厚 度、质量、甩出转速测试，并将测试结果发送到控制模块；空载泥饼测试结构，所述空载泥饼测试结构在控制模块控制下与所述受压泥饼测 试结构联动，并对空载泥饼进行厚度、甩出转速进行测试，将测试结果发送到控制模块；控制模块，所述控制模块控制所述空载泥饼测试结构与所述受压泥饼测试结构动 作，并接收所述空载泥饼测试结构与所述受压泥饼测试结构发送来的测试数据，进行计算、 拟合及模糊判断后输出综合评价结果。进一步，所述受压泥饼测试结构包括
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受压旋转托盘，所述受压旋转托盘在所述控制模块控制下进行旋转，且速度可 调；压块，所述压块设置在所述受压旋转托盘上方，并可在所述控制模块控制下沿接 近或远离所述受压旋转托盘方向滑动；受压刻度计，所述受压刻度计设置在所述受压旋转托盘与压块之间，可测试所述 压块与受压旋转托盘间距；受压转速测试计，所述受压转速测试计设置在所述受压旋转托盘上，测试所述受 压旋转托盘转速，并将该测试数据发送到所述控制模块。进一步，所述空载泥饼测试结构包括空载旋转托盘，所述空载旋转托盘在所述控制模块控制下进行旋转，并可与所述 受压旋转托盘联动，且速度可调；空载刻度计，所述空载刻度计设置在所述空载旋转托盘侧面，可测试所述空载泥 饼厚度；空载转速测试计，所述空载转速测试计设置在所述空载旋转托盘上，测试所述空 载旋转托盘转速，并将该测试数据发送到所述控制模块。进一步，所述空载刻度计与受压刻度计为设置在所述受压旋转托盘与空载旋转托 盘周向的透明防护罩上的刻度表。进一步，所述受压旋转托盘与所述空载旋转托盘通过旋转支架相连，所述旋转支 架另一端连接设置有受所述控制模块控制动作的电机。本发明具有如下优点1、本发明中测试泥饼厚度、质量、空载甩出转速及受压甩出转速，并根据转速评价 方程，拟合出合理的强度及粘滞水平关系，从而对泥饼各性能参数作出单独判断及综合评 价，该方法简单有效，可操作性强。2、本发明采用受压泥饼测试结构与空载泥饼测试结构，并在控制模块控制下采集 泥饼数据，控制模块根据测试的数据进行分析计算，最终输出对泥饼的综合评价，本发明结 构简单可靠，性能评价全面。


下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明图1示出了本发明一种泥饼性能综合评价装置结构示意图。
具体实施例方式本发明为一种泥饼性能综合评价方法，包括以下步骤(1)在同一批次待测泥饼中选取一块作为受压泥饼，另一块作为空载泥饼，并将两 块泥饼同时分别放置在联动的旋转托盘上。对同一批次的泥饼分别作空载和受压旋转试 验，可分别得到强度、质量、粘滞等参数各自及相互影响的关系。(2)对受压泥饼施加设定压力，并测量记录所述受压泥饼与空载泥饼厚度与质量。 由于泥饼在滤湿过程中，各自失水情况不同，造成同一批次泥饼质量及厚度会产生一定差
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(3)同时缓慢启动联动的旋转托盘，并逐渐提高转速。需保证旋转托盘旋转平稳， 避免因旋转托盘倾斜导致测试失真。(4)空载泥饼甩出旋转托盘时，记录该空载甩出转速。空载泥饼甩出后并不影响受 压泥饼继续试验。(5)继续提高转速至受压泥饼甩出托盘，停止旋转托盘并记录该受压甩出转速。(6)根据所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度与质量、所述步骤 (4)中测试得到的空载甩出转速、所述步骤(5)中测试得到的受压甩出转速及设定参数进 行计算、拟合及模糊判断，对该批次待测泥饼性能作出综合评价。本发明中，所述步骤(6)中包括以下步骤(6. 1)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上的最大静摩擦力= μ (Iii1 g+N)(6-1)f2 = μ m2g(6-2)其中受压泥饼的最大静摩擦力；μ :受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数；Iii1 受压泥饼质量；N 受压泥饼承受的设定压力；f2 空载泥饼的最大静摩擦力；m2 空载泥饼质量；(6. 2)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上甩出时的离心力F1 = Hi1 ω ^r = Hi1 (2 π 叫)2r(6-3)F2 = m2 ω 22r = m2 (2 π n2) 2r(6-4)其中=F1 受压泥饼甩出时的离心力；Iii1 受压泥饼质量；(O1 受压泥饼甩出时旋转角速度；H1 受压甩出转速；r 受压泥饼及空载泥饼半径；F2 空载泥饼甩出时的离心力；m2 空载泥饼质量；ω2 空载泥饼甩出时旋转角速度；η2 空载甩出转速；(6. 3)根据受压泥饼及空载泥饼甩出时离心力基本等于最大静摩擦力原理及所述 步骤(6.1)、(6. 2)计算结果，得到受压甩出转速评价方程及空载甩出转速评价方程Π! = [μ (m^+N) Zm1TYf2/2 π(6-5)η2 = (μ g/r) 1/2/2 π(6-6)其中mi 受压泥饼质量；H1 受压甩出转速；r 受压泥饼及空载泥饼半径；m2 空载泥饼质量；n2 空载甩出转速；
μ :受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数；(6. 4)根据式(6-6)评价待测泥饼粘滞水平，根据式(6-5)与(6_6)拟合评价待测 泥饼强度，并与所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度进行综合模糊判断， 对待测泥饼作出全面评价。本发明中，还包括以下步骤(7)改变受压泥饼承受的设定压力，重复所述步骤(1)_(6)，以精确评价该批次待 测泥饼的性能。本发明中测试泥饼厚度、质量、空载甩出转速及受压甩出转速，并根据转速评价方 程，拟合出合理的强度及粘滞水平关系，从而对泥饼各性能参数作出单独判断及综合评价， 该方法简单有效，可操作性强。本发明还提供了一种泥饼性能综合评价装置，如图1所示，包括支架1、受压泥饼 测试结构2、空载泥饼测试结构3计控制模块4。其中支架1支撑受压泥饼测试结构2与空载泥饼测试结构3。该支架1可采用固定式 结构也可采用移动式结构。受压泥饼测试结构2在控制模块4控制下对受压泥饼进行厚度、甩出转速测试，并 将测试结果发送到控制模块4。受压泥饼的质量、半径等参数可手动测试。空载泥饼测试结构3在控制模块4控制下与受压泥饼测试结构联动，并对空载泥 饼进行厚度、甩出转速进行测试，将测试结果发送到控制模块4。空载泥饼的质量、半径等参 数可手动测试。控制模块4控制空载泥饼测试结构3与受压泥饼测试结构2动作，并接收空载泥 饼测试结构3与受压泥饼测试结构2发送来的测试数据，进行计算、拟合及模糊判断后输出 综合评价结果。根据多次试验结果，拟合出空载甩出转速与受压甩出转速之间对应性能关系，并 作为数据库存储在该控制模块4中。在进行测试时，将测试结果与该数据库中数据进行对 比，以得出对泥饼性能的全面评价。本发明中，受压泥饼测试结构包括受压旋转托盘21、压块22、受压刻度计23及受 压转速测试计24。其中受压旋转托盘21在控制模块4控制下进行旋转，且速度可调。受压旋转托盘21 需保持较高平面度，尤其是旋转时，该受压旋转托盘21不能发生倾斜，需保证在平行与水 平面的平面内旋转。压块22设置在受压旋转托盘21上方，压块22下平面应与受压旋转托盘21平行， 且该压块22表面质量应较高。压块22可在控制模块4控制下沿接近或远离受压旋转托盘 21方向滑动，以达到对受压旋转托盘21上的受压泥饼进行施压的目的。受压刻度计23设置在受压旋转托盘21与压块22之间，可测试压块22与受压旋 转托盘21间距，从而测试受压泥饼的厚度。受压转速测试计24设置在受压旋转托盘21上，测试受压旋转托盘21转速，并将 该测试数据发送到控制模块4。转速测试可采用光栅测试的结构，也可采用其他方式，测试 的转速数据应准确并具有较高精确度。本发明中，空载泥饼测试结构3包括空载旋转托盘31、空载刻度计32及空载转速
9测试计33。其中空载旋转托盘31在控制模块4控制下进行旋转，并可与受压旋转托盘21联动，且 速度可调。同样的，空载旋转托盘31需保持较高平面度，尤其是旋转时，该空载旋转托盘31 不能发生倾斜，需保证在平行与水平面的平面内旋转。空载刻度计32设置在空载旋转托盘31侧面，可测试空载泥饼厚度。空载转速测试计33设置在空载旋转托盘31上，测试空载旋转托盘31转速，并将 该测试数据发送到控制模块。同样的，转速测试可采用光栅测试的结构，也可采用其他方 式，测试的转速数据应准确并具有较高精确度。本发明中，空载刻度计32与受压刻度计23为设置在受压旋转托盘21与空载旋转 托盘31周向的透明防护罩上的刻度表。本发明中，受压旋转托盘21与空载旋转托盘31通过旋转支架5相连，旋转支架5 另一端连接设置有受控制模块4控制动作的电机6。本发明采用受压泥饼测试结构2与空载泥饼测试结构3，并在控制模块4控制下采 集泥饼数据，控制模块4根据测试的数据进行分析计算，最终输出对泥饼的综合评价，本发 明结构简单可靠，性能评价全面。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围， 因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
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权利要求
一种泥饼性能综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在同一批次待测泥饼中选取一块作为受压泥饼，另一块作为空载泥饼，并将两块泥饼同时分别放置在联动的旋转托盘上；(2)对受压泥饼施加设定压力，并测量记录所述受压泥饼与空载泥饼厚度与质量；(3)同时缓慢启动联动的旋转托盘，并逐渐提高转速；(4)空载泥饼甩出旋转托盘时，记录该空载甩出转速；(5)继续提高转速至受压泥饼甩出托盘，停止旋转托盘并记录该受压甩出转速；(6)根据所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度与质量、所述步骤(4)中测试得到的空载甩出转速、所述步骤(5)中测试得到的受压甩出转速及设定参数进行计算、拟合及模糊判断，对该批次待测泥饼性能作出综合评价。
2.如权利要求1所述的泥饼性能综合评价方法，其特征在于所述步骤(6)中包括以 下步骤(6. 1)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上的最大静摩擦力 f! = μ (mlg+N)(6-1)f2 = μ m2g(6-2)其中f\ 受压泥饼的最大静摩擦力；μ :受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数； Hl1 受压泥饼质量； N 受压泥饼承受的设定压力； f2 空载泥饼的最大静摩擦力； Hl2 空载泥饼质量； (6. 2)分别计算受压泥饼与空载泥饼在旋转托盘上甩出时的离心力 F1 = Iii1 ω j2r = Hi1 (2 π Ii1) 2r(6-3)F2 = m2 ω 22r = m2 (2 π n2) 2r(6-4)其中=F1 受压泥饼甩出时的离心力； Hi1 受压泥饼质量； Q1 受压泥饼甩出时旋转角速度； H1 受压甩出转速； r 受压泥饼及空载泥饼半径； F2:空载泥饼甩出时的离心力； m2 空载泥饼质量； ω2 空载泥饼甩出时旋转角速度； η2 空载甩出转速；(6. 3)根据受压泥饼及空载泥饼甩出时离心力基本等于最大静摩擦力原理及所述步骤 (6. 1)、(6. 2)计算结果，得到受压甩出转速评价方程及空载甩出转速评价方程 Ii1 = [μ (mlg+N)/mir] 1/2/2 π(6-5)η2 = (μ g/r) 1/2/2 π(6-6)其中=Hi1 受压泥饼质量； H1 受压甩出转速；r 受压泥饼及空载泥饼半径； Hl2 空载泥饼质量； n2 空载甩出转速；μ :受压泥饼及空载泥饼表面摩擦系数；(6. 4)根据式(6-6)评价待测泥饼粘滞水平，根据式(6-5)与(6-6)拟合评价待测泥饼 强度，并与所述步骤(2)中测试得到的受压泥饼与空载泥饼厚度进行综合模糊判断，对待 测泥饼作出全面评价。
3.如权利要求1所述的泥饼性能综合评价方法，其特征在于还包括以下步骤(7)改变受压泥饼承受的设定压力，重复所述步骤(1)-(6)，以精确评价该批次待测泥 饼的性能。
4.一种泥饼性能综合评价装置，其特征在于，包括支架(1)，所述支架(1)支撑受压泥饼测试结构(2)与空载泥饼测试结构(3)；受压泥饼测试结构(2)，所述受压泥饼测试结构(2)在控制模块(4)控制下对受压泥饼 进行厚度、质量、甩出转速测试，并将测试结果发送到控制模块(4)；空载泥饼测试结构(3)，所述空载泥饼测试结构(3)在控制模块(4)控制下与所述受压 泥饼测试结构(2)联动，并对空载泥饼进行厚度、质量、甩出转速进行测试，将测试结果发 送到控制模块(4)；控制模块(4)，所述控制模块(4)控制所述空载泥饼测试结构(3)与所述受压泥饼测试 结构(2)动作，并接收所述空载泥饼测试结构(3)与所述受压泥饼测试结构(2)发送来的 测试数据，进行计算、拟合及模糊判断后输出综合评价结果。
5.如权利要求4所述的泥饼性能综合评价装置，其特征在于所述受压泥饼测试结构 ⑵包括受压旋转托盘(21)，所述受压旋转托盘(21)在所述控制模块(4)控制下进行旋转，且 速度可调；压块(22)，所述压块(22)设置在所述受压旋转托盘(21)上方，并可在所述控制模块 (4)控制下沿接近或远离所述受压旋转托盘(21)方向滑动；受压刻度计(23)，所述受压刻度计(23)设置在所述受压旋转托盘(21)与压块(22)之 间，可测试所述压块(22)与受压旋转托盘(21)间距；受压转速测试计(24)，所述受压转速测试计(24)设置在所述受压旋转托盘(21)上，测 试所述受压旋转托盘(21)转速，并将该测试数据发送到所述控制模块(4)。
6.如权利要求5所述的泥饼性能综合评价装置，其特征在于所述空载泥饼测试结构 ⑶包括空载旋转托盘(31)，所述空载旋转托盘(31)在所述控制模块(4)控制下进行旋转，并 可与所述受压旋转托盘(21)联动，且速度可调；空载刻度计(32)，所述空载刻度计(32)设置在所述空载旋转托盘(31)侧面，可测试所 述空载泥饼厚度；空载转速测试计(33)，所述空载转速测试计(33)设置在所述空载旋转托盘(31)上，测 试所述空载旋转托盘(31)转速，并将该测试数据发送到所述控制模块(4)。
7.如权利要求6所述的泥饼性能综合评价装置，其特征在于所述空载刻度计(32)与受压刻度计(23)为设置在所述受压旋转托盘(21)与空载旋转托盘(31)周向的透明防护 罩上的刻度表。
8.如权利要求6所述的泥饼性能综合评价装置，其特征在于所述受压旋转托盘(21) 与所述空载旋转托盘(31)通过旋转支架(5)相连，所述旋转支架(5)另一端连接设置有受 所述控制模块(4)控制动作的电机(6)。
全文摘要
本发明提供了一种泥饼性能综合评价方法，包括以下步骤(1)选取受压泥饼与空载泥饼，放置在旋转托盘上；(2)对受压泥饼施加设定压力，并测量记录受压泥饼与空载泥饼厚度与质量；(3)启动联动的旋转托盘，逐渐提高转速；(4)记录该空载甩出转速；(5)继续提高转速至受压泥饼甩出托盘，停止旋转托盘并记录该受压甩出转速；(6)根据受压泥饼与空载泥饼厚度与质量、空载甩出转速、受压甩出转速及设定参数，对待测泥饼性能作出综合评价。本发明方法简单有效，可操作性强。另外，本发明还提供了一种采用上述方法的泥饼性能综合评价装置。
文档编号G01N33/24GK101963609SQ201010280009
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者冀腾, 刘兆华, 刘刚, 吕维军, 孙强, 张伟, 张兴来, 徐博韬, 李自立, 王健, 田荣剑, 罗健生, 耿铁, 苗海龙, 邓义成, 陈忠华 申请人:中国海洋石油总公司;中海油田服务股份有限公司