測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀的製作方法
2023-07-26 13:13:36 1
本發明涉及石油深井鑽探領域，具體而言，涉及一種測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀。
背景技術：
隨著高溫深井鑽探的增多，鑽探的地層愈來愈複雜，使用油基鑽井液的頻率大大增加，但是在鑽深井、超深井及其他複雜地層時，高溫、高壓作用使乳狀液很容易失去穩定性。因此有效模擬井下實際情況，準確評價高溫高壓環境下油基鑽井液的乳化穩定性對井下安全非常必要。
市面上的油基鑽井液乳化穩定性測試儀可以通過測試破乳電壓的大小來檢測油基鑽井液的乳化穩定性。但是，現有的油基鑽井液乳化穩定性測試儀用於測試常溫常壓下的油基鑽井液的乳化穩定性，在模擬井下的高溫高壓環境進行測試時，測試頭很容易在高溫環境下發生形變，導致電極板之間的距離發生改變，以致於不能精確的測試到破乳電壓值。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供一種測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀。
第一方面，本發明提供一種測試釜體，應用油基鑽井液乳化穩定性測試儀，所述測試釜體包括釜體本體、釜體蓋、測試電極以及供電裝置。所述供電裝置與所述測試電極連接，用於輸出正弦波電壓至所述測試電極。所述釜體本體設置有開口，所述釜體蓋設置於所述釜體本體的開口處，用於密封所述釜體本體，所述釜體蓋設置有通孔，所述測試電極設置於所述通孔內，所述測試電極的材料為PEEK。
優選地，所述測試電極包括測試頭以及電極板，所述電極板包括第一電極板以及第二電極板，所述測試頭、第一電極板以及第二電極板均設置與所述通孔內，且延著遠離所述釜體蓋的方向依次設置，所述第一電極板以及第二電極板之間設置有一定間隔。
優選地，所述第一電極板與所述第二電極板之間的間隔為1.5mm。
優選地，所述測試釜體還包括密封圈，所述密封圈設置於所述測試頭以及所述釜體蓋之間。
優選地，所述密封圈為O型密封圈。
優選地，所述測試釜體還包括壓蓋，所述壓蓋與所述釜體蓋連接，且設置於所述釜體蓋遠離所述測試電極的一端。
優選地，所述壓蓋與所述釜體蓋可拆卸連接。
優選地，所述供電裝置包括壓控振蕩器或正弦電壓發生器，所述壓控振蕩器或所述正弦電壓發生器與所述測試電極連接，用於產生正弦電壓。
優選地，所述供電裝置包括電壓控制裝置以及報警燈，所述報警燈與所述電壓控制裝置電連接。
第二方面，本發明提供的一種油基鑽井液乳化穩定性測試儀，所述油基鑽井液乳化穩定性測試儀包括測試釜體以及溫度控制裝置，所述溫度控制裝置包括加熱器以及溫控儀，所述加熱器與所述釜體本體連接，用於給所述釜體本體加熱，所述溫控儀與所述加熱器電連接，用於控制所述加熱器的加熱溫度。
本發明的有益效果是：
本發明提供的測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀，測試釜體的測試頭在高溫環境下不易變形，安裝於本發明實施例提供的測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀，可用於模擬深井下的高溫高壓環境，測試高溫高壓環境下油基鑽井液的乳化穩定性。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明實施例了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1是本發明較佳實施例提供的測試釜體的第一視角的結構示意圖；
圖2是本發明較佳實施例提供的測試釜體的第二視角的結構示意圖；
圖3是本發明較佳實施例提供的測試釜體的第三視角的結構示意圖；
圖4是本發明較佳實施例提供的油基鑽井液乳化穩定性測試儀的結構示意圖。
圖標：100-測試釜體；110-釜體本體；120-釜體蓋；130-測試電極；131-第一電極板；133-第二電極板；200-油基鑽井液乳化穩定性測試儀；210-溫度控制裝置；230-加壓裝置；250-數據處理裝置。
具體實施方式
本領域技術人員長期以來一直在尋求一種改善該問題的工具或者方法。
有鑑於此，本發明的設計者通過長期的探索與嘗試，以及多次的實驗和努力，不斷地改革創新，得出本方案所示的較佳的測試釜體及油基鑽井液乳化穩定性測試儀。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
需要說明的是，在本發明的描述，高溫是指250℃左右。
隨著高溫深井鑽探的增多，使用油基鑽井液的頻率大大增加，油基鑽井液的抑制性強、潤滑性好、抗溫能力強、抗汙染能力強，適用於頁巖、泥巖和高溫高壓地層。油基鑽井液的水相含量通常用油水比表示。隨著含水量增大，其穩定性也就越差。在鑽進的過程中，高溫高壓的環境很容易讓油基鑽井液失去穩定性，因此評價油基鑽井液能承受的極限條件，以指導現場施工成為一個迫切的問題。
現在，一般通過給油基鑽井液加電壓，測定油基鑽井液的破乳電壓，以測量其穩定性。當油基鑽井液通電時電壓低則不導電；當電壓較高時引起破乳而使油基鑽井液導電。破乳電壓的高低反映了乳狀液的穩定性，乳狀液的穩定性越好，破乳電壓越大。主要有兩種方法測試油基鑽井液的穩定性，一種是，SW—I型高溫高壓電穩定儀，採用抗高溫的測頭電極。兩個電極採用銀合金製成，將電極嵌入抗高溫的聚四氯乙烯測頭上，測頭密閉固定在高壓釜體上蓋；採用加溫控溫及加壓系統。加溫控溫系統能模擬井下溫度，加壓系統主要是為乳狀液供壓力，當乳狀液溫度高於100℃時，必須對樣品施加相應壓力以防止汽化。該儀器的主要缺點是：重複性不太好；實驗時所需樣品只有30ml，取樣的代表性比較差。此外還有智能電擊穿性能測試儀測試油基鑽井液的穩定性。該儀器包括主控模塊、探極、顯示模塊、樣品杯4個部分組成。測試的指標是樣品的破乳電壓，以破乳電壓的大小反映被測試樣品的電擊穿性能，破乳電壓值越大，則樣品的電擊穿性能相對較好；破乳電壓值越小，則樣品的電擊穿性能較差。該儀器的主要缺點是：破乳電壓值的大小與電擊穿性能的線性相關性能較差；只能夠在常溫常壓下進行評價實驗；儀器尺寸較大，操作不方便。
總的來說，現有的測試釜體一般都是用來測試常溫常壓下破乳電壓的值，在高溫環境下，測試頭容易發生變形，使得電極板之間的距離發生改變，不能精確測得破乳電壓的值。
實施例一
請參見圖1以及圖2，是本發明較佳實施例提供的測試釜體100的結構示意圖，測試釜體100包括釜體本體110、釜體蓋120、測試電極130以及供電裝置。
供電裝置與測試電極130電連接，釜體蓋120蓋設於釜體本體110上，測試電極130設置於釜體蓋120以及釜體本體110內。
供電裝置為可輸出正弦波電壓、方形波電壓或者尖波波性電壓的電源裝置，由於正弦波電壓輸出可以更有效的給待測油基鑽井液加電、產生更精確地電穩定性以及正弦波電壓的對稱性可以有效組織電極表面形成固體沉澱並增強了測試數據的可重複性，因此，在本發明實施例中，使用正弦波電壓加載到浸入待測鑽油基井液的兩個電極板上。例如，正弦電壓的產生可以採用壓控振蕩器，還可以採用程控數字鎖相環頻率合成技術產生正弦信號發生器。
進一步地，供電裝置還包括電壓控制裝置以及報警燈，電壓控制裝置與報警燈連接，電壓控制裝置分別與供電裝置以及報警燈連接。用於控制供電裝置以設定的速率逐步增加，當擊穿樣品時，電壓控制裝置控制報警燈點亮。
作為一種實施方式，供電裝置的電壓設置為0-2000V，電壓以每秒140-160V的速率增加。
作為一種實施方式，本發明實施例提供的供電裝置包括主控電路、鍵盤顯示電路、峰值電壓檢測電路、擊穿快速檢測電路以及高精度正弦波發生及高壓產生電路。用於解決獲取擊穿電壓時，由於電流的變化開始是穩定的，達到臨界擊穿電壓急劇上升，要快速準確地獲取此電壓值比較困難，另外還由於供電裝置的功耗高等問題。
具體地，高精度正弦波發生及高壓產生電路包括依次連接的直接數字式頻率合成器、DA轉換器、功率放大電路以及升壓變壓器。其中，直接數字式頻率合成器的控制輸入與主控電路連接，直接數字式頻率合成器通過主控電路CPU控制產生正弦信號，DA轉換器的數字輸入與主控電路連接，接收主控電路對正弦信號的幅值進行調整，DA轉換器的輸出端與功率放大電路的輸入端，功率放大電路的輸出端與升壓變壓器的輸入端連接，升壓變壓器的輸出端與測試電極130連接。
釜體本體110用於盛放待測的油基鑽井液，釜體本體110為一上部設置有開口的空腔，作為一種實施方式，釜體本體110的容積為316L。釜體蓋120的大小以及形狀與所述開口相同，用於蓋合所述開口，釜體蓋120設置有一通孔。
進一步地，為了保證釜體蓋120的密封性，所述釜體蓋120的上面還設置有壓蓋，所述壓蓋與所述釜體蓋120之間可拆卸的連接，所述壓蓋用於壓緊測試頭，防止高壓時，測試頭噴出。具體的，壓蓋與釜體蓋120之間可以通過螺紋連接，可以設置豎直轉軸或橫向轉軸，連接壓蓋與釜體蓋120。當然，還可以通過其他方式，實現釜體蓋120與壓蓋之間的連接。
請參見圖3，測試電極130包括測試頭以及電極板，電極板包括第一電極板131以及第二電極板133，測試頭設置於所述釜體蓋120的通孔內，測試頭靠近釜體蓋120的測試頭的一端與供電電源電連接，遠離釜體蓋120的測試頭的另一端與電極板連接，
進一步地，作為一種實施方式，兩個電極板之間的距離為1.46mm至1.54mm之間。
進一步地，為了保證密封性，測試頭與釜體蓋120之間還設置有密封圈，所述密封圈可以為O型密封圈或Y型密封圈。
進一步地，測試釜體100還包括數據處理裝置250，具體地，數據處理裝置250可以為計算機，與供電裝置電連接，採集供電裝置輸出的電壓值以及油基鑽井液被擊穿時的電壓值。進一步地，為了防止電器設備本身產生的電磁幹擾進入電源線，同時防止電源線的幹擾進入電器設備，在電源進線處設置有電源濾波器，用於濾除幹擾。
發明人經研究發現，常溫常壓油基鑽井液穩定性測試儀安裝電極的測試頭的材料一般選用聚四氟乙烯，該材料雖然具有良好的抗酸抗鹼、抗各種有機溶劑且耐高溫的特點。但是，儘管聚四氟乙烯材料理論上抗溫能達到250℃，實際高溫使用過程中卻存在諸多問題。例如，聚四氟乙烯在高溫的條件下會發生形變，且發生的形變在溫度冷卻到室溫後不會恢復，這造成電極板之間的距離可能會發生改變，同時聚四氟乙烯測試頭的變形也造成其無法滿足高溫條件下的密封要求，因此需要選擇一種熱穩定性好、絕緣的材料來替代聚四氟乙烯製作測試頭。
有鑑於此，發明人經過長期的研究分析，發現常溫常壓電極無法再高溫高壓環境下應用的主要因素是電極測試頭無法耐高溫，因此測試頭可以選擇高溫條件下不易發生形變的材料，例如陶瓷材料和聚醚醚(poly ether ether ketone，PEEK)材料。雖然陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，且兼具耐高溫、耐腐蝕等特性，但考慮到電極本身體型較小，電極間距較近，工藝製作上精密度難控制，使用過程中容易破損，成本高等缺陷，因此，在本發明較佳實施例中，使用PEEK材料。PEEK材料是一種線性芳香族高分子化合物，該材料熱畸變溫度可達240℃，碳纖複合材料能夠耐受熱衝擊，其熱膨脹係數比鋼材低，可以替代鋼材產品而不必改變尺寸。在260℃的高溫條件下仍具有良好的連續性，且溫度、溼度等環境條件的變化對PEEK零件的尺寸影響不大，可以滿足對尺寸精度要求比較高工況下的使用要求。因此，選擇PEEK材料作為高溫高壓電極材料。
本發明實施例提供的測試釜體100，測試頭在高溫環境下不易變形，安裝於本發明實施例提供的測試釜體100上，可用於模擬深井下的高溫高壓環境，測試高溫高壓環境下油基鑽井液的乳化穩定性。
實施例二
請參見圖4，為本發明較佳實施例提供的油基鑽井液乳化穩定性測試儀200的結構框圖。油基鑽井液乳化穩定性測試儀200包括上述的測試釜體100、溫度控制裝置210、加壓裝置230以及數據處理裝置250，所述溫度控制裝置210以及所述加壓裝置230分別與所述數據處理裝置250電連接，所述溫度控制裝置210與所述釜體本體110連接，所述加壓裝置230與所述釜體本體110連通。
測試釜體100與前一個實施例的相同，這裡不再詳述。
溫度控制裝置210主要由於模擬提供地層的高溫環境，用於為釜體本體110加熱。包括加熱器以及溫控儀，加熱器設置於所述釜體本體110的外壁，用於給所述測試釜體100加熱，溫控儀與所述加熱器電連接，用於控制所述加熱器的溫度。
加壓裝置230用於為測試釜體100的釜體本體110提供一種高壓環境，作為一種實施方式，採用液壓方式加壓，加壓裝置230包括機械助力泵以及活塞容器。機械助力泵與活塞容器連通，所述活塞容器與釜體本體110連通。
作為一種實施方式，機械助力泵可以為螺杆式柱塞泵，通過壓縮液體來提供壓力，機械助力泵包括齒輪助力系統，採用不鏽鋼材料製成，優選地，機械助力泵的泵腔為316L，使用水作為液壓介質，更加潔淨，機械助力泵最大工作壓力為30MPa。活塞容器包括唧筒，進一步地由於提供動力的機械助力泵採用的加壓介質，例如，水或者油，與油基鑽井液不同，為保證油基鑽井液不受汙染，需用活塞將兩種介質隔離開，所述活塞設置於所述唧筒內，可以在唧筒內上下運動，所述活塞的外周設置有密封圈，密封圈可以為O型密封圈也可以為Y型密封圈。
進一步地，加壓裝置230還包括壓力傳感器以及壓力表，壓力傳感器與活塞容器連接，用於接收活塞容器傳輸的壓強，並將接收的壓力值傳輸至壓力表。
數據處理裝置250分別與溫度控制裝置210、以及加壓裝置230電連接，用於採集溫度、壓力以及待測油基鑽井液能夠承受的極限電壓值即破乳電壓等數據，並對採集到的數據進行分析處理。
具體的，數據處理裝置250與加壓裝置230中的壓力表連接，用於接收壓力數據，並對接收到的壓力數據進行處理。數據處理裝置250與溫度控制裝置210中的溫控儀連接，用於接收溫度信息，並對溫度信息進行處理。
油基鑽井液乳化穩定性測試儀200通過加壓裝置230以及溫度控制裝置210為測試釜體100內的待測油基鑽井液提供高溫高壓環境，通過供電裝置以及測試電極130給待測油基鑽井液通電，並不斷地增加電壓，直到檢測到油基鑽井液被擊穿，此時，電壓達到峰值，該電壓值下，油基鑽井液呈現出導電性。該電壓值越高，表徵油基鑽井液的乳化穩定性越好。
綜上所述，本發明實施例提供的測試釜體100及油基鑽井液乳化穩定性測試儀200，油基鑽井液乳化穩定性測試儀200設置有加壓裝置230以及溫度控制裝置210，測試釜體100設置有耐高溫的測試頭，在高溫環境下不易變形，能夠真實地模擬深井下高溫高壓的情況，自動採集實驗數據並對實驗數據進行處理，可有效測得待測油基鑽井液的破乳電壓值，並能判斷乳化穩定性，為安全的深井鑽探提供了可靠的證據。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置，也可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的框圖顯示了根據本發明的多個實施例的裝置可能實現的體系架構、功能和操作。也應當注意，在有些作為替換的實現方式中，方框中所標註的功能也可以以不同於附圖中所標註的順序發生。例如，兩個連續的方框實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖的每個方框、以及框圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或動作的專用的基於硬體的系統來實現，或者可以用專用硬體與計算機指令的組合來實現。
另外，在本發明各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨立的部分，也可以是各個模塊單獨存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨立的部分。
術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。