Устройство для определения смазочной способности промывочной жидкости

 

Изобретение относится к области исследования смазочной способности промывочных жидкостей. Задачей является повышение достоверности и точности определения смазочной способности промывочной жидкости. Устройство для определения смазочной способности промывочной жидкости содержит корпус, установленный в нем электродвигатель 4, соединенный с последним вал, емкость 26 с промывочной жидкостью 27, закрепленный на конце вала 9 и размещенный в емкости 26 с промывочной жидкостью 27, цилиндрический образец 25, держатель 16, размещенный в нем контробразец 17, механизм нагружения для обеспечения прижатия контробразца к образцу 25 и измеритель усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения. Контробразец размещен в емкости 26 с промывочной жидкостью. Держатель 16 контобразца выполнен в виде двух скрепленных между собой осью частей, в одной из которых размещен контробразец. Устройство снабжено подшипником 8, кольцом 20, закрепленным на части держателя с контробразцом, и охватывающим кольцо тросом. Один конец троса связан с механизмом нагружения, другой с измерителем усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения. Свободная часть держателя 16 для обеспечения возможнсоти поворота контробразца 17 установлена в подшипнике 8. 4 ил.

Изобретение относится к исследованиям смазочной способности промывочных жидкостей, в частности для определения коэффициента трения триады трения бурильные трубы исследуемая промывочная жидкость стенка скважины.

Для определения смазочной способности промывочных жидкостей используют стандартную установку, представляющую собой четырехшариковую машину трения, в которой основным узлом трения является пирамида из трех неподвижных и одного подвижного шаров. В узел трения заливают исследуемую промывочную жидкость, шпиндель с закрепленным в нем верхним шаром с заданным усилием прижимают к неподвижным шарам и приводят его во вращение. Возникающую при этом силу трения измеряют по углу закручивания пружины измерителя [1] Недостатком данной установки является то, что в процессе испытания не воспроизводятся реальные условия работы колонны бурильных труб в скважине (форма площадок контакта, схема взаимодействия и свойства трущихся тел), а это снижает достоверность получаемых результатов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является установка для определения смазочной способности промывочных жидкостей [2] состоящая из корпуса, электродвигателя, редуктора, механизма нагружения, прижимающего контpобразец (образец горной породы) к образцу (стальному диску), имитирующему колонну бурильных труб. Диск размещается на горизонтальной оси и частично погружается в емкость с исследуемой промывочной жидкостью. Смазочная способность жидкости оценивается по коэффициенту трения, величина которого рассчитывается по затратам мощности, потребляемой электродвигателем, и регистрируемой измерителем-ваттметром.

Недостатки данной установки заключаются в следующем: во-первых, в ней не воспроизводятся реальные скважинные условия смазки взаимодействующих тел, поскольку горизонтальное расположение оси диска не позволяет полностью помещать пару трения в исследуемую жидкость; во-вторых, неравномерная подача жидкости в зону контакта диска и контробразца по указанной причине вызывает вибрации, что ведет к значительному разбросу результатов испытаний; в-третьих, измерение силы трения по затратам мощности характеризуется невысокой точностью из-за колебаний напряжения в сети, что требует установки стабилизатора напряжения.

Задача изобретения состоит в повышении достоверности и точности определения смазочной способности промывочных жидкостей.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения смазочной способности промывочной жидкости содержит корпус, установленный в нем электродвигатель, соединенный с последним вал, емкость с промывочной жидкостью, закрепленной на конце вала и размещенный в емкости с промывочной жидкостью цилиндрический образец, держатель, размещенный в нем контробразец, механизм нагружения для обеспечения прижатия контpобразца к образцу и измеритель усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что контpобразец размещен в емкости с промывочной жидкостью, держатель контpобразца выполнен в виде двух скрепленных между собой осью частей, контpобразец размещен в одной из частей, устройство снабжено подшипником, кольцом, закрепленным на части держателя с контpобразцом, и охватывающим кольцо тросом, один конец которого связан с механизмом нагружения, другой с измерителем усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения, а свободная часть держателя для обеспечения возможности поворота контpобразца установлена в подшипнике.

На фиг.1 приведено устройство, разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1.

На платформе 1 установлены два цилиндрических корпуса 2 и 3. В корпусе 3 размещен электродвигатель 4, закрепленный на основании 5. На валу двигателя 4 установлен шкив 6. В корпусе 2 размещен на подшипниках 7 и 8 вал 9 со шкивом 10. Подшипники 7 и 8 закреплены на основаниях 11 и 12. Шкивы 6 и 10 соединены ремнем 13.

В пространстве между подшипниками 7 и 8 закреплен подшипник 14, к которому прикреплена верхняя часть 15 держателя 16 контpобразца 17. К верхней части 15 держателя 16 на оси 18 закреплена нижняя часть 19 держателя, пропущенная через отверстие а основания 12 подшипника 8. В середине нижней части 19 держателя 16 выполнено кольцо 20 с направляющей канавкой 21 под трос 22, закрепленный на кольце стопором 23 (фиг.2) и винтом 24. В нижней части держателя закреплен контpобразец 17, а на резьбе нижней части вала 9 образец 25. Образец 25 и контробразец 17 размещены в емкости 26, заполненной испытуемой промывочной жидкостью 27. Емкость 26 установлена на подставку 28. Трос 22 одним концом закреплен на толкателе 29 с пружиной 30, установленными в корпусе 31. Корпус 31 размещен на опоре 32. К другому концу троса 22 прикреплен груз 33. С верхней частью толкателя 29 соединен измерительный стержень индикатора 34. Трос 22 для изменения направления действия силы пропущен через блоки 35 и 36, закрепленные на опоре 37. Индикатор 34 закреплен в корпусе 31 винтом 38.

Устройство работает следующим образом. Емкость 26 заполняют испытуемой жидкостью 27 и устанавливают на подставку 28, помещая образец 25 и контpобразец 17 в жидкость 27. На трос 22 закрепляют груз 23 для создания необходимой силы прижатия. Прижатие контpобразца 17 к образцу 25 обеспечивается возможностью перемещения нижней части 19 держателя 16 вокруг оси 18. Закрепленный груз 33 вызывает перемещение толкателя 29 при сжатии пружины 30. Величина перемещения толкателя 29 (сила прижатия) измеряется индикатором 34. Устанавливают держатель 16 с контpобразцом 17 в положении, противоположном выходу троса 22 из корпуса 2 на блоки 35, 36 и фиксируют трос 22 в таком положении стопором 23 и винтом 24. Затем включают электродвигатель 4 и передают вращение через шкивы 6, 10 с помощью ремня 13 на вал 9 с образцом 25.

За счет сил трения контробразец 17 перемещается вместе с держателем 16 в сторону вращения образца 25. Возможность перемещения контpобразца 17 вокруг оси образца обеспечивается закреплением верхней части 15 держателя 16 в подшипнике 14. Держатель в свою очередь перемещает трос 22 и через него толкатель 29, изменяя показания индикатора 34. По этим показаниям определяют силу трения между образцом 25 и контpобразцом 17, по величине которой оценивают смазочную способность промывочной жидкости.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить достоверность и точность определения смазочной способности жидкости за счет полной имитации работы бурового снаряда в скважине, так как вертикально установленный цилиндрический образец, имитирующий бурильную трубу, и контpобразец, выполненный из горной породы или стали, имитирующий соответственно стенку скважины или обсадной трубы, во время испытания помещены в промывочную жидкость. При этом в достаточно простом конструктивном исполнении определение силы трения производится с высокой точностью с помощью измерения линейных перемещений.

Выполнение устройства по предложенной схеме вал с образцом помещены по оси подшипника, на котором закреплен держатель контробразца, при этом контробразец имеет две степени свободы за счет закрепления держателя в подшипнике и за счет горизонтальной оси, соединяющей верхнюю и нижнюю части держателя позволяет уменьшить габариты устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМАЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ, содержащее корпус, установленный в нем электродвигатель, соединенный с последним вал, емкость с промывочной жидкостью, закрепленную на конце вала и размещенный в емкости с промывочной жидкостью цилиндрический образец, держатель, размещенный в нем контробразец, механизм нагружения для обеспечения прижатия контробразца к образцу и измеритель усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения, отличающееся тем, что контробразец размещен в емкости с промывочной жидкостью, держатель контробразца выполнен в виде двух скрепленных между собой осью частей, контробразец размещен в одной из частей, устройство снабжено подшипником, кольцом, закрепленным на части держателя с контробразцом и охватывающим кольцо тросом, один конец которого связан с механизмом нагружения, другой с измерителем усилия прижатия трущихся поверхностей и силы трения, а свободная часть держателя для обеспечения поворота контробразца установлена в подшипнике.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4