CN201594064U - 一种高温高压流变性能测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温高压流变性能测试仪，属模拟测试石油或地质钻井液流变性的设备技术领域。它由步进电机、外磁缸、内磁缸、外筒、内筒、加热器、釜体、液压油泵、计算机等构成，釜体下方设有外磁缸和步进电机，釜体内装有内磁缸和外筒，外筒顶部装有隔离圈，其上方设有上盖和扭矩传感器，釜体一侧设有液压油泵和计算机。工作时，步进电机带动外、内磁缸旋转，产生的旋转扭矩通过扭矩传感器输入计算机进行运算，并自动显示和打印出有关流变参数和绘制流变曲线。解决了现有流变性能测试仪结构复杂、密封面较多，密封件易磨损、老化、变形而造成密封压力不稳定，从而影响测试数据准确性的问题。特别适用于石油或地质钻井液的流变性模拟测试。

Description

一种高温高压流变性能测试仪

技术领域：

本实用新型涉及一种高温高压流变性能测试仪，属模拟测试石油或地质钻井液流变性的设备技术领域。

背景技术：

液体的流变性是指作用于液体的层间剪切应力与液体变形(流动)的特性。不同类型的液体，其流变性是不一样的。既使是同一种类型的液体，在不同的温度和压力下，以及外加剂的加入量和搅拌的方法都对液体的流变性能有较大的影响，如粘滞性、动(静)切应力、触变性、剪切稀释性等都属于液体的流变性能，它是液体的自身属性。

目前，国内使用从美国进口的范氏50C(Fann50C)型旋转流变仪测试模拟井内压力和温度状态下钻井液的流变性，这种仪器带有齿轮变速结构、结构复杂、密封面较多，使用性单一，不能给出有关的流变参数。尤其在压力釜中的动密封结构，极易因密封件的磨损、老化、变形而造成密封压力的不稳定，从而影响测试数据的准确性。

发明内容：

本实用新型的目的在于：提供一种通过步进电机控制磁力传动装置，采用液压泵加压、加热器加温，使转速调控理想，扭矩传递可靠，结构简单，能达到最高试验温度260℃，最大试验压力137.9MPa，转筒转速2～700r/min，剪切速率1022S^-1的高温高压流变性能测试仪。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种高温高压流变性能测试仪，它由步进电机、外磁缸、内磁缸、外筒、内筒、加热器、温度传感器、釜体、扭矩传感器、隔离圈、压力传感器、液压油泵、计算机、冷却水箱构成，其特征在于：釜体的下方设置有步进电机和外磁缸，步进电机通过传动轴与外磁缸连接；釜体的外壁上装有加热器，加热器上端的釜体上设置有液压油出口和温度传感器，加热器下端的釜体上设置有液压油进口；釜体内的底部装有高温合金轴承和内磁缸，内磁缸的上方装有外筒，内磁缸通过月牙销与外筒连接；外筒内设置有内筒，外筒的顶部装有隔离圈，隔离圈上方设置有上盖，上盖上方设置有扭矩传感器，并通过内筒轴与内筒连接；所述的釜体一侧设置有储液槽、液压油泵、液压三通电磁阀、冷却水箱、电子调压泄压阀和压力传感器；液压油泵的一侧设置有计算机和数据采集板。

所述的储液槽通过管道与液压油泵连接。

所述的计算机通过电子控制线与数据采集板连接。

所述的液压油出口由管道通过压力传感器和液压三通电磁阀与液压油泵连接。

所述的液压油进口由管道通过电子调压泄压阀和冷却水箱与液压油泵连接。

所述的步进电机、加热器、扭矩传感器、压力传感器、液压三通电磁阀、温度传感器、液压油泵、电子调压泄压阀分别通过电子控制线与数据采集板连接。

所述上盖的中心部位设置有一通孔，通孔的上、下两端端口内分别设置有四氟轴承和O型圈，上端口的O型圈上设置有O型圈压紧块，上盖的圆周上设置有凹槽，凹槽内装有金属空心O型圈，并与釜体的内壁密封连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

该高温高压流变性能测试仪通过步进电机控制磁力传动装置，采用液压泵加压、加热器加温，与现有技术相比不仅没有齿轮变速结构和动密封结构，而且还减少了密封面，省去了在釜体内安装的扭簧和扭矩电信号引出装置，使结构非常简单。另外将传感器从釜体内移至釜体外，避免了现有传感器在釜体内受到的温度和压力的影响而影响测量精度的问题，保证了试验数据的准确性。本实用新型能通过微机进行自动测试，并能屏幕显示和打印出有关流变参数、绘制流变曲线；可在高温高压状态下模拟测试石油或地质钻井液的流变性，最高试验温度为260℃，最大试验压力为137.9MPa，转筒转速2～700r/min，剪切速率1022S^-1；通过对泥浆流变性能的测定及部分流变参数的计算如：塑性粘度、动切力、流性指数、稠度系数、雷诺数等，绘出实验液体的实际流变曲线。通过分析实验流体流变性能的差别及原因，讨论理论流变曲线与实际流变曲线的吻合程度，验证F比值法的准确性，再根据测量的流变参数按宾汉模式或幂律模式计算出实验流体在环空流动时的雷诺数。

附图说明：

图1为高温高压流变性能测试仪的结构示意图；

图2为高温高压流变性能测试仪釜体的结构示意图。

图中：1、步进电机，2、外磁缸，3、高温合金轴承，4、内磁缸，5、外筒，6、内筒，7、加热器，8、温度传感器，9、釜体，10、金属空心O型圈，11、上盖，12、O型圈压紧块，13、O型圈，14、扭矩传感器，15、内筒轴，16、四氟轴承，17、隔离圈，18、液压油出口，19、外筒固定圈，20、月牙销，21、液压油进口，22、压力传感器，23、液压三通电磁阀，24、电子控制线，25、液压油泵，26、电子调压泄压阀，27、储液槽，28、数据采集板，29、计算机，30、冷却水箱。

具体实施方式：

该高温高压流变性能测试仪由步进电机1、外磁缸2、内磁缸4、外筒5、内筒6、加热器7、温度传感器8、釜体9、扭矩传感器14、隔离圈17、压力传感器22、液压油泵25、电子调压泄压阀26、储液槽27、计算机29、冷却水箱30构成，釜体9的下方设置有外磁缸2和步进电机1，步进电机1采用细分驱动控制，电机步距角变小，电机动转平衡。步进电机1通过传动轴与外磁缸2连接。釜体1的外壁上呈包裹状装有加热器7，加热器7采用电阻加热。加热器7上端的釜体9上设置有液压油出口18和温度传感器8，加热器7下端的釜体9上设置有液压油进口21。温度传感器8用于采集温度信号。釜体9内的底部装有高温合金轴承3，高温合金轴承3可有效避免泥浆微颗粒等杂质进入轴承间隙内产生磨损和形变，进而提高使用寿命；高温合金轴承3上装有内磁缸4，内磁缸4的上方装有外筒5，内磁缸4通过月牙销20与外筒5连接。

外筒5内设置有内筒6，外筒5的顶部通过外筒固定圈19装有隔离圈17，隔离圈17上方装有上盖11，隔离圈17的作用是分隔实验样品与加压油液，外筒固定圈19用于保证外筒5旋转的同心度，以防止外筒5旋转时向上窜动。上盖11的中心部位设置有一通孔，通孔的上、下两端端口内分别设置有四氟轴承16和O型圈13，上端口的O型圈13上设置有O型圈压紧块12，O型圈压紧块12的上方设置有扭矩传感器14，扭矩传感器14通过内筒轴15穿过O型圈压紧块12、上盖11、隔离圈17与内筒6连接。四氟轴承16和O型圈13主要用于对内筒轴15的导向和密封，O型圈压紧块12用于对O型圈13压紧固定。上盖11的圆周上设置有凹槽，凹槽内装有金属空心O型圈10，金属空心O型圈10具有承受超高温高压密封的能力，主要用于与釜体9的密封。

釜体9的一侧设置有储液槽27、液压油泵25、液压三通电磁阀23、冷却水箱30、电子调压泄压阀26和压力传感器22，液压油泵25的一侧设置有计算机29和数据采集板28。储液槽27通过管道与液压油泵25连接，计算机29通过导线与数据采集板28连接。

液压油泵25由管道通过液压三通电磁阀23和压力传感器22与液压油出口18连接；液压油进口21由管道通过电子调压泄压阀26和冷却水箱30与液压油泵25连接；步进电机1、加热器7、扭矩传感器14、温度传感器8、压力传感器22、液压三通电磁阀23、液压油泵25、电子调压泄压阀26分别通过电子控制线24与数据采集板28连接。

本实用新型的测试步骤为：首先按标准要求配制样品，并在室温下养护24小时，然后将实验样品装入外筒5内，设定加压初始压力和工作压力，打开电子调压泄压阀26和液压三通电磁阀23，启动液压油泵25给外筒5外周环空加油，当液压三通电磁阀23排气端口有油液流出时关闭液压三通电磁阀23，继续加压，直到压力达到初始压力时液压油泵25会自动停止。

设定加热温度和加热速度，启动加热器7开始加热，温度控制根据流变仪的控制特性设置妥当参数，推荐的最大样品升温方案为1℃/min。随着温度的升高，釜体9内的压力也会上升，当压力上升到设定工作压力时电子调压泄压阀26会泄压。

根据实验方案设定外筒5的转速，当温度达到设计温度时，可以开始实验。启动步进电机1和液压油泵25，根据压力检测的数据自动控制液压油泵25的加压，压力达到设定工作压力时自动停止，实验开始自动测试、屏幕显示和打印出有关流变参数，绘制流变曲线，打印实验结果。

实验结束后，停止加热器7的工作，打开冷却循环水，通过液压三通电磁阀23换向连接到液压油泵25，启动液压油泵25，让液压油闭路循环，液压油在冷却水箱30中冷却，当温度下降到80℃以下时，打开电子调压泄压阀26，泄空液压油。

打开上盖11，取出外筒5，倒出样品，清洗实验釜体全部配件，整个测试即告完成。

在测试过程中，由步进电机1带动外磁缸2旋转，外磁缸2带动内磁缸4同步旋转，在一定速度下旋转的外筒5产生一定的剪切应力，使内筒6相应旋转一定的角度，内筒6旋转时产生的旋转扭矩通过内筒轴15传递到扭矩传感器14，扭矩传感器14产生的电信号通过数据采集板28采集并进行处理，计算机29对数据采集板28输入的信号进行控制和运算，按实验要求，自动测试、屏幕显示和打印出有关流变参数、绘制流变曲线。

釜体9加压采用液压油泵25加压，液压油泵25把液压油从储液槽27中吸入，通过电子调压泄压阀26控制液压油从液压油进口21进入釜体9底部，从液压油出口18通过压力传感器22检测，到达液压三通电磁阀23排气，实验完成后，液压油通过冷却水箱30冷却、电子调压泄压阀26泄压回流进入储液槽27内。冷却水箱30采用冷却水外冷的方式，导压油管通过冷却水箱30，加压工作时不通水，实验完后通水循环；而导压油也在管道内密闭循环，达到冷却目的。整个实验过程中加压、泄压及控制全部由电脑控制完成。

Claims (4)

1.一种高温高压流变性能测试仪，它由步进电机(1)、外磁缸(2)、内磁缸(4)、外筒(5)、内筒(6)、加热器(7)、温度传感器(8)、釜体(9)、扭矩传感器(14)、隔离圈(17)、压力传感器(22)、液压油泵(25)、计算机(29)、冷却水箱(30)构成，其特征在于：釜体(9)的下方设置有步进电机(1)和外磁缸(2)，步进电机(1)通过传动轴与外磁缸(2)连接；釜体(9)的外壁上装有加热器(7)，加热器(7)上端的釜体(9)上设置有液压油出口(18)和温度传感器(8)，加热器(7)下端的釜体(9)上设置有液压油进口(21)；釜体(9)内的底部装有高温合金轴承(3)和内磁缸(4)，内磁缸(4)的上方装有外筒(5)，内磁缸(4)通过月牙销(20)与外筒(5)连接；外筒(5)内设置有内筒(6)，外筒(5)的顶部装有隔离圈(17)，隔离圈(17)上方设置有上盖(11)，上盖(11)上方设置有扭矩传感器(14)，并通过内筒轴(15)与内筒(6)连接；所述的釜体(9)一侧设置有储液槽(27)、液压油泵(25)、液压三通电磁阀(23)、冷却水箱(30)、电子调压泄压阀(26)和压力传感器(22)；液压油泵(25)的一侧设置有计算机(29)和数据采集板(28)。

2.根据权利要求1所述的高温高压流变性能测试仪，其特征在于：所述的储液槽(27)通过管道与液压油泵(25)连接；所述的计算机(29)通过电子控制线(24)与数据采集板(28)连接；所述的液压油出口(18)由管道通过压力传感器(22)和液压三通电磁阀(23)与液压油泵(25)连接；所述的液压油进口(21)由管道通过电子调压泄压阀(26)和冷却水箱(30)与液压油泵(25)连接。

3.根据权利要求1所述的高温高压流变性能测试仪，其特征在于：所述的步进电机(1)、加热器(7)、扭矩传感器(14)、压力传感器(22)、液压三通电磁阀(23)、温度传感器(8)、液压油泵(25)、电子调压泄压阀(26)分别通过电子控制线(24)与数据采集板(28)连接。

4.根据权利要求1所述的高温高压流变性能测试仪，其特征在于：所述的上盖(11)的中心部位设置有一通孔，通孔的上、下两端端口内分别设置有四氟轴承(16)和O型圈(13)，上端口的O型圈(13)上设置有O型圈压紧块(12)，上盖(11)的圆周上设置有凹槽，凹槽内装有金属空心O型圈(10)，并与釜体(9)的内壁密封连接。

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