1、目 錄前言11.泥漿損害儀的功能，研究方向及其作用11.1 泥漿損害儀的功能 11.2 泥漿損害儀的作用11.3 泥漿損害儀的研究方向及其實(shí)驗(yàn)過程2 研究課題內(nèi)容2 泥漿固化的影響3 實(shí)驗(yàn)程序3 結(jié)果討論6 結(jié)論72 泥漿損害儀的結(jié)構(gòu)分析及其力學(xué)計算72.1 設(shè)計思路72.2 實(shí)驗(yàn)過程72.3 涉及到實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵82.4 泥漿損害儀的設(shè)計8 橡膠筒的設(shè)計8 金屬材料選擇8 橡膠材料選擇8 橡膠筒的設(shè)計9 巖心筒的設(shè)計10 右柱塞的設(shè)計15 右頂緊螺母的設(shè)計 15 右調(diào)節(jié)螺母的設(shè)計 16 右螺母的設(shè)計16 左柱塞的設(shè)計17左螺母的設(shè)計 17左進(jìn)螺母的設(shè)計 17確定巖心筒的長度 18橡膠筒的密封設(shè)計

2、18泥漿損害儀的總示意圖 183. 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)19參考文獻(xiàn)20致謝22附錄23泥漿損害儀的設(shè)計學(xué) 生:張靖健 工程技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師:宋宏 工程技術(shù)學(xué)院摘要 本儀器主要是為了保護(hù)油層,防止損害油層的一項(xiàng)勘探開發(fā)過程,是實(shí)現(xiàn)”少投資,多產(chǎn)出”的以經(jīng)濟(jì)效益為中心的戰(zhàn)略目標(biāo)的一項(xiàng)綜合配套技術(shù),地層損害的內(nèi)因在于油氣層本身的性質(zhì).如巖性,物性和地層水特性(水型,礦化度,PH值),而地層損害外因在于進(jìn)入油層的外來流體的不配合性或者不相容性,因此評價所有入井流體配伍性是實(shí)施油層保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)工作,而且完成該項(xiàng)目最直接的可靠的和最現(xiàn)實(shí)的方法是應(yīng)用現(xiàn)代巖心實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行油層巖心流動實(shí)驗(yàn).顯而易見,控制井眼不穩(wěn)定

3、和地層損害問題的關(guān)鍵是設(shè)計一種合適的鉆井液,它能在井壁上形成一個致密的低滲透性泥餅以使進(jìn)入地層的濾液降到最小。此研究的目的是用實(shí)驗(yàn)方法研究在低滲透性氣層中不同鉆井泥漿體系的泥餅特性,以便形成一個標(biāo)準(zhǔn),使鉆井工業(yè)能夠選擇合適的泥漿體系用于這類氣層。該損害儀的零部件由11個部分組成,計算采取分開計算,并對各個部分進(jìn)行強(qiáng)度較核,來達(dá)到使用經(jīng)濟(jì)效果。關(guān)鍵詞 巖性,物性, 地層水特性Abstract This instrument mainly prevents damaging a exploration and development course of the oil reservoir for

4、protecting the oil reservoir , realize a comprehensive ability to supply the necessary technology taking economic benefits as strategic objective of the centre on " make the investment little , large a output ", nature that the internal cause that the stratum damages lies in the oil gas-be

5、aring formation itself. Such as the rock, the thing and stratum water characteristic (water type, mineralization, hydrogen ion index), but stratum damage external cause lie in enter outside cooperation or compatibility of fluid of oil reservoir, appraise all enter well fluid compatibility to impleme

6、nt oil reservoir protect element task of technology, finish project this a direct one reliable and most realistic method to use modern drill core experimental technique carry on oil reservoir drill core flow the experiment most.Obviously , control well eyes unstably and the key of damaging the quest

7、ion of stratum is to design a kind of suitable well drilling liquid , it can form one pre-pressing low permeability mud cake in order to enter to is it bring down to minimumly to filtrate stratum at borehole wall. Research this purpose to study different well drilling mud cake characteristic , mud o

8、f system among low permeability gas-bearing formation with experiment method, in order to take shape a standard , enable the industry of the well drilling to choose the suitable mud system to use for this kind of gas-bearing formation. Is it damage spare part of appearance made up of 11 parts , is i

9、t is it calculate separately to take to calculate to it's time, carry on to each part intensity relatively core , to up to and use the economic result.Keyword Rock, the thing , stratum water characteristic前 言本課題主要目的是加深對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸設(shè)計方面的了解，并用于生產(chǎn)實(shí)際中得出。在這之前研究過泥漿對巖石損害僅限于一般了解，一直都沒確切的儀器來進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)檢測損害程度和

10、造成結(jié)果。其中文獻(xiàn)主要來源是導(dǎo)師推薦和自己到圖書館查閱機(jī)械設(shè)計方面書籍來進(jìn)行計算和理論研究的。1. 泥漿損害儀的功能，研究方向及其作用.1.1泥漿損害儀的功能在鉆井過程中，采用泥漿打開油層，在其中會破壞巖心，以至于破壞了油層，所以該設(shè)備的主要功能包括以下幾點(diǎn)：1. 測試在泥漿通過巖心時候?qū)r石損害程度；2. 測試泥漿通過巖心后，巖心溫度情況；3. 測試泥漿通過巖心后，看其巖心的滲透率；1.2泥漿損害儀的作用本儀器主要是為了保護(hù)油層,防止損害油層的一項(xiàng)勘探開發(fā)過程,是實(shí)現(xiàn)”少投資,多產(chǎn)出的以經(jīng)濟(jì)效益為中心的戰(zhàn)略目標(biāo)的一項(xiàng)綜合配套技術(shù),地層損害的內(nèi)因在于油氣層本身的性質(zhì).如巖性,物性和地層水特性(

11、水型,礦化度,PH值),而地層損害外因在于進(jìn)入油層的外來流體的不配合性或者不相容性,因此評價所有入井流體配伍性是實(shí)施油層保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)工作,而且完成該項(xiàng)目最直接的可靠的和最現(xiàn)實(shí)的方法是應(yīng)用現(xiàn)代巖心實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行油層巖心流動實(shí)驗(yàn)。1鉆井液水泥漿,完井液,射孔液等各種井筒工作液體的侵入損害是油層通道的第一環(huán),在正壓差打開油層時候,工作液的固相和液相不可避免進(jìn)入油層,從而堵塞油氣層通道和誘發(fā)儲油層各種敏感性,如速敏,水敏,酸敏,鹽敏,堿敏,等損害,顯然,油氣層損害深層與損害程度與工作液侵入有關(guān)系,而侵入量又與巖石物性,鉆井壓差,泥漿性能以及作業(yè)時間等因素有關(guān)系,因此,通過模擬鉆井過程過程的巖心流動實(shí)驗(yàn)

12、,對于評價油氣層損害深度和程度,從而優(yōu)選工作液,特別是為完井的射孔作業(yè)的設(shè)計提供穿透深度等參數(shù)和依據(jù)是關(guān)系到是否發(fā)現(xiàn)油氣層,正確評價其儲集性能和油氣井能能否獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵.2為了完成高壓在地層中的鉆井技術(shù).評價高壓地層條件下完井液對儲層的損害我們研制了模擬地層條件下端面污染的實(shí)驗(yàn)儀器來進(jìn)行檢測.1.3泥漿損害儀的研究方向及其實(shí)驗(yàn)過程研究課題內(nèi)容井眼不穩(wěn)定和地層損害是石油工業(yè)遇到的兩個主要問題。人們普遍認(rèn)為,地層損害主要是泥漿濾液的侵入與流體巖石相互作用改變了孔隙內(nèi)流體的化學(xué)性質(zhì)引起的。在井壁上形成一層致密的泥餅以阻止泥漿濾液的侵入。致密的泥餅也能對井壁起到支撐作用而防止井眼坍塌。因此,解決井眼

13、不穩(wěn)定和地層損害問題最有效的方法是設(shè)計一種與儲層內(nèi)流體巖石相適應(yīng)、具有獨(dú)特泥餅特性的鉆井液。本文探討了多種新型特性的泥漿體系,以及它們在澳大利亞中心地區(qū)致密氣層鉆井完井中的潛在用途,這些地區(qū)的儲層非常容易受到損害。探討的4種泥漿中,酯基泥漿在井壁上形成一層致密泥餅,這是一種最有效的保護(hù)儲層的泥漿體系。井眼不穩(wěn)定主要發(fā)生在覆蓋目的層的頁巖中,影響勘探直至開發(fā)的整個鉆井過程,估計全球每年的花費(fèi)超過六億五千萬美元。另一方面,目前在澳大利亞由于地層損害造成的生產(chǎn)損失每天高達(dá)5到10萬桶石油。這表明急需開發(fā)補(bǔ)救技術(shù)以降低這種損失。一般認(rèn)為,地層損害是由于不配伍的外來液體和/或外來固相顆粒侵入地層所致。在

14、致密氣層,由于滲透率比常規(guī)油氣層更低,地層損害問題更為嚴(yán)重。在鉆井和完井作業(yè)中,由于這種地層原始滲透率低,任何滲透率損失都將引起油氣井產(chǎn)量的顯著降低。泥漿濾液侵入原始地層也可能引起井眼不穩(wěn)定問題,正像任何孔隙壓力的增加都將降低地層的機(jī)械強(qiáng)度,導(dǎo)致井眼坍塌和其它井眼不穩(wěn)定問題。鉆遇未膠結(jié)地層和坍塌性地層更是這樣。3為了避免這種井眼不穩(wěn)定問題,研制一種能很快在井壁表面上形成薄而致密的低滲透性泥餅的鉆井泥漿,以便進(jìn)一步阻止泥漿濾液進(jìn)入地層,是最理想的。既然這樣,就要求從井壁到近井眼區(qū)域,泥漿壓力急劇下降。對井壁來說,這將提供一個極好的泥漿支撐作用。顯而易見,控制井眼不穩(wěn)定和地層損害問題的關(guān)鍵是設(shè)計一

15、種合適的鉆井液,它能在井壁上形成一個致密的低滲透性泥餅以使進(jìn)入地層的濾液降到最小。此研究的目的是用實(shí)驗(yàn)方法研究在低滲透性氣層中不同鉆井泥漿體系的泥餅特性,以便形成一個標(biāo)準(zhǔn),使鉆井工業(yè)能夠選擇合適的泥漿體系用于這類氣層。泥漿固化影響如上所述,一種理想的鉆井泥漿應(yīng)與地層的化學(xué)性質(zhì)相匹配,同時既能在井壁上形成一種薄而致密的外泥餅,又能在井眼周圍非常近的區(qū)域中形成薄的內(nèi)泥餅,以把泥漿濾液和泥漿固相侵入量降到最小。眾所周知,泥漿瞬時濾失量在泥餅形成前產(chǎn)生,而且瞬時濾失量大小是鉆井泥漿的一個重要特性。內(nèi)泥餅形成的速度根據(jù)泥漿中固相顆粒大小與地層孔隙尺寸的配伍性而定。比孔徑大的顆粒不能進(jìn)入孔隙,因此在環(huán)空泥

16、漿流中連續(xù)不斷地反復(fù)攜帶。同時,比孔隙小得多的顆粒,進(jìn)入孔隙而且自由地運(yùn)移到地層內(nèi)。內(nèi)泥餅是在外泥餅形成基礎(chǔ)上形成的。外泥餅形成的速率由泥漿流中有利于顆粒在泥餅表面沉積的流體動力和有利于清除泥餅表面顆粒的剪切應(yīng)力控制。這兩個力達(dá)到平衡,泥餅厚度不再增加。環(huán)空泥漿循環(huán)速度越高,固相顆粒沉積越少,泥餅越薄,它的性能就越好。也就是說,低孔隙度和低滲透率是非常重要的。顯而易見,為了橋堵孔道和孔喉,泥漿中固相顆粒的大小是確定內(nèi)泥餅形成初始階段瞬時濾失量大小的關(guān)鍵。4可是,泥漿中的細(xì)微顆粒在確定內(nèi)泥餅和外泥餅的孔隙度和滲透率方面起著重要的作用。因此,為了獲得薄、滲透率又低的泥餅,鉆井泥漿應(yīng)含有各種規(guī)格的固

17、相顆粒。實(shí)驗(yàn)程序在此研究中,用澳大利亞中部致密含氣砂巖研究4種鉆井泥漿的泥餅特性,即乙二醇泥漿、酯基泥漿、高溫粘土抑制(HTCI)泥漿及改性的高溫粘土抑制泥漿。眾所周知,這些鉆井泥漿有許多新的特性,使得它們適合鉆低壓致密氣層。評價這4種泥漿所成泥餅的特性是根據(jù)API濾失量、瞬時濾失量、動態(tài)濾失量和動失水后地層的滲透率損失幾項(xiàng)指標(biāo)確定的。5掃描電子顯微技術(shù)被用來定性地評價泥漿結(jié)構(gòu)和泥漿固相侵入深度。材料：沿層面從整塊巖心鉆切直徑LIN的巖樣。在80的烘箱中烘48后,用三氯甲烷和甲醇(87:13)共沸物在回流加熱索氏抽提器中抽提實(shí)驗(yàn)巖心。混合物的沸點(diǎn)低于40。連續(xù)抽提24h直到與實(shí)驗(yàn)巖樣接觸的溶劑

18、無變色為止。實(shí)驗(yàn)前,巖樣在80烘箱中烘干24h。用和上述制備巖樣相同的方法制備巖樣切片,通過X射線衍射(XRD)和X射線熒光分析(XRF)測定巖樣的礦物組分。利用氦孔隙度儀(CoreLabro RatoriesINC.)和壓汞孔隙度儀(Autorator9220)分別測定巖樣的孔隙度和孔徑分布狀況。6用微型滲透率儀(CoreLabro RatoriesINC.)測定巖樣的空氣滲透率。利用滲透率儀測定動態(tài)失水前后濕氣滲透率。此研究中所用4種泥漿體系的主要組分見下表。每種泥漿配制完后便放在滾子爐中溫度達(dá)80的情況下老化24h。用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)泥漿的值。用失水儀測量泥漿的靜失水。用掃描電子顯微技術(shù)

19、觀察靜態(tài)泥漿,研究靜態(tài)泥餅結(jié)構(gòu)。用于致密氣砂巖層的幾種鉆井泥漿的組分鉆井泥漿成分乙二醇泥漿水,聚合物, 乙二醇,乳化劑,氯化鉀酯基泥漿乳化劑,耐高溫處理劑,氯化鈣,氫氧化鈉高溫黏土抑制泥漿水,高溫聚合物,黏土,重質(zhì)碳酸鈣改性的泥漿水,高溫聚合物,黏土,重質(zhì)碳酸鈣儀器：設(shè)備研究中使用的是濕氣滲透率儀。用濕氣測量原始滲透率前巖樣用鹽水抽真空飽和。濕氣由空氣加濕系統(tǒng)產(chǎn)生,此空氣加濕系統(tǒng)由一個壓縮的空氣罐,充滿玻璃球和水的含水飽和塔,一個冷卻水浴和一個相對濕度測試儀組成。空氣的濕度通過調(diào)節(jié)冷卻水浴的溫度來控制。7該項(xiàng)研究中所用的動失水儀采用的是一個三活塞往復(fù)泵和閉環(huán)回路,以保持鉆井液在恒壓下不斷循環(huán)。

20、通過泥漿容器中的加熱元件把循環(huán)泥漿的溫度維持在60。巖心夾持器及其附件放在一個空氣烘箱中維持同樣的溫度。利用回壓閥維持回壓(模擬地層壓力)。把回壓閥設(shè)計成只有當(dāng)濾液壓力大于地層壓力(孔隙壓力)時,泥漿濾液才能流過閥。8利用與電子計算機(jī)相連的電子天平監(jiān)測濾液量與時間關(guān)系,測量動態(tài)失水率。動態(tài)失水實(shí)驗(yàn)：短巖心柱(長4)的滲透率測定情況表明,地層的滲透率變化非常大,即使在長為4的巖心中情況也是如此。為了利用巖心柱上所獲得的數(shù)據(jù)來解釋滲透率的變化,4的巖心被切割為2段。動態(tài)失水實(shí)驗(yàn)前后分別測定兩段的滲透率。前段(1.5)與循環(huán)泥漿最接近,而且這段的恢復(fù)滲透率將說明內(nèi)泥餅的致密度。后段(2.5)的恢復(fù)滲

21、透率將告訴我們由于動態(tài)泥漿循環(huán)地層損害的程度。此后,這兩段(前段和后段)巖心將被看作完整巖心。在相同條件下,用各種泥漿體系對具有相同物理性質(zhì)的兩塊組合巖心進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)。這樣,一段用于研究恢復(fù)滲透率,另一段用于掃描電子顯微技術(shù)研究。從組合巖心不同部位切下的薄片(12mm)去目測固相侵入的程度。用濕氣滲透率儀分別測定兩段的飽和度和原始滲透率。每段巖心在用脫色鹽水飽和前,放入巖心夾持器中,用35水銀柱的壓力抽真空。9孔隙流體的含鹽濃度,由臨界含鹽濃度()實(shí)驗(yàn)法確定。對此研究中的砂巖地層,是4%(重量百分比)。飽和后,卸下巖心,稱重,測其飽和度。然后把巖心再裝入巖心夾持器中。注入濕氣,直至獲得一個穩(wěn)定

22、的束縛水飽和度。測量空氣原始滲透率。為了比較此巖心段的原始滲透率和恢復(fù)滲透率,測量同一巖心柱的兩種滲透率,必須注入相同累計孔隙體積的濕氣。濕氣量是造巖心束縛鹽水飽和度所必需的(測定初始濕氣滲透率)。為了保持組合巖心前后段的一致性,對每段使用相同量的濕氣孔隙體積。在25下測量滲透率。在空氣浴烘箱中維持滲透率儀的實(shí)驗(yàn)溫度,溫度誤差范圍為1。測量原始滲透率后,卸下巖心,稱重,測定束縛鹽水飽和度。把兩段巖心連接起來裝入動態(tài)失水巖心夾持器中。前面巖心的端面受到連續(xù)不斷的泥漿循環(huán)作用,泥漿循環(huán)速度為0.5/,循環(huán)時間4。在4的動態(tài)失水過程中巖心的壓差為100/2。泥漿循環(huán)4后,在靜止條件下,巖樣繼續(xù)與泥漿

23、接觸10,模擬實(shí)際操作的關(guān)井階段。在此期間維持100/2的靜態(tài)壓差。10在14的實(shí)驗(yàn)過程中,監(jiān)測滲透速度。然后再卸下巖心,稱重估算泥漿固相和濾液侵入深度。實(shí)驗(yàn)完成后,用濕氣滲透率儀測定巖心的恢復(fù)滲透率。結(jié)果討論礦物和巖石物理性質(zhì)：射線衍射和射線熒光分析表明,砂巖是富含伊利石的巖層,含量達(dá)5.8%。長石斷裂和溶解與云母和云母碎片形成自生伊利石。砂巖的掃描電子顯微技術(shù)研究表明,伊利石覆蓋整個孔隙系統(tǒng)的表面,充填孔隙和堵塞孔喉。伊利石是片狀結(jié)構(gòu),長11,寬7。它還沒有形成很好的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。砂巖中含有少量蒙脫石和蒙/伊混層。蒙/伊混層易膨脹且對淡水環(huán)境敏感。在這種情況下,常用氯化鉀(KCL)作粘土防膨劑

24、。砂巖中也含有少量高嶺石和綠泥石。掃描電子顯微技術(shù)分析表明高流速(比臨界速度高)會引起孔隙中粘土礦物的運(yùn)移。11在一個典型的致密氣砂層中存在大量的微孔隙,等于或小于0.01的微孔隙約占25%。此研究中所使用的組合巖心的巖石物理性質(zhì)如下表概述了巖心柱不同巖心段的濕氣飽和度。泥漿性能：在此研究中,4種鉆井泥漿,即:乙二醇、酯基、和改性的泥漿流變性和濾失性見表4。這些泥漿有低的失水,其中酯基泥漿最低(2.13),乙二醇泥漿最高(4.6cm)。4種泥漿沒有觀察到瞬時失水量。動態(tài)失水過程乙二醇泥漿乙二醇泥漿形成的靜態(tài)泥餅結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙約從12到400,表明它是一個低孔隙度、低滲透率的泥餅

25、。掃描電子顯微技術(shù)圖象中能清楚地看到嵌入在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的固相顆粒。在動態(tài)失水條件下乙二醇泥漿在巖樣表面形成外泥餅的掃描電子顯微圖象清楚地顯示出泥餅表面覆蓋著聚合物膜,固相顆粒進(jìn)入聚合物結(jié)構(gòu)中。從同一塊組合巖心的前端切割下來的薄片掃描電子顯微技術(shù)分析表明,內(nèi)泥餅為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。12它很致密,是低孔隙度,最大孔隙為300。從乙二醇泥漿的一個典型內(nèi)泥餅結(jié)構(gòu)的圖,能清楚地看見聚合物結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶鹽(由于凍干)和固相顆粒。觀察較深斷面,聚合物和固相顆粒較少。分析也顯示在孔隙中伊利石和綠泥石等粘土礦物不受濾液侵入的影響。在巖樣的后端面沒有發(fā)現(xiàn)聚合物或泥漿固相顆粒。為組合巖樣6在乙二醇泥漿中后端面恢復(fù)滲透率剖面

26、圖。注入15000的濕氣后,前段的恢復(fù)滲透率可達(dá)到原始值的45%(1.02)。當(dāng)給后段注入18000的濕氣,后段的恢復(fù)滲透率為100%(2.65)。這意味著乙二醇泥漿泥餅(內(nèi)泥餅和外泥餅)阻止固相顆粒向地層更深的侵入,這與圖相符合。結(jié)論用澳大利亞中部致密氣砂巖巖心試驗(yàn)4種具有新型性能的鉆井泥漿。根據(jù)研究的結(jié)果得出如下結(jié)論。使用酯基泥漿,如表2所示,在組合巖心的前段中恢復(fù)滲透率最低(原始滲透率為39%)。這表明4種測試泥漿中它能形成最致密的內(nèi)泥餅。使用乙二醇和兩種泥漿,在相同實(shí)驗(yàn)的組合巖心前段中其原始滲透率的恢復(fù)程度相同(大約為50%)。這明顯表明:4種泥漿中有3種具有相似的內(nèi)泥餅性能。可是就所

27、有情況而論,沒有測出瞬時失水量,而且動態(tài)濾液損失很小。這表明,所有泥漿具有良好的泥餅性能,而且最適合作為致密氣砂巖地層的鉆井和完井液。除與泥漿所接觸的巖心外,所有組合巖心后段的恢復(fù)滲透率都為100%。13與泥漿所接觸的巖心其滲透率的恢復(fù)較低,這是由于它的主要成分不含鹽。在這項(xiàng)研究中我們發(fā)現(xiàn),如前所述4%能防止澳大利亞中部致密氣砂巖地層中粘土和其它礦物的膨脹和運(yùn)移。2.泥漿損害儀的結(jié)構(gòu)分析及其力學(xué)計算：2.1設(shè)計思路： 目前巖心在環(huán)壓下夾持在筒中，然后泥漿以一定流速經(jīng)過巖心一端，在經(jīng)過時候會對巖心產(chǎn)生一定損害，本儀器是通過此方法，來通過模擬專井中在一定深度下會對巖心損害程度以及會對石油產(chǎn)生什么樣

28、的影響，基本是先通過導(dǎo)師給的數(shù)據(jù)來計算各個部分的尺寸，以及要達(dá)到的要求。2.2實(shí)驗(yàn)過程：1) 在開始實(shí)驗(yàn)時，檢查零件各個部分是否接觸良好。2) 取實(shí)驗(yàn)樣品，打開儀器左端的調(diào)節(jié)螺母將巖心放入夾持器中，在旋緊螺母，固定好巖心。3) 在通過外界加一個環(huán)壓來加緊巖心，達(dá)到實(shí)驗(yàn)指定環(huán)壓，不讓其在套筒內(nèi)錯位。4) 打開泥漿泵，通過筒的上端灌入有一定速度的泥漿流，來沖刷巖心一端。5) 關(guān)閉泥漿泵，解除環(huán)壓，取出巖心并來測試巖心損害。整個實(shí)驗(yàn)過程如上2.3涉及到實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵儀器在加入巖心時候是否適合，有空隙否，在加入橡膠套，加入一定環(huán)壓是否會損害橡膠套，是否會有油通過橡膠與筒壁接觸處漏出，在加入一定泥漿流會對儀器

29、有什么傷害，這些問題都是實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵，也是在設(shè)計中要解決的問題，在下面計算中會逐個解決。142.4泥漿損害儀的設(shè)計橡膠筒的設(shè)計目前，在一系列的主要技術(shù)上，巖心夾持器從JHR-IV型產(chǎn)品，工作壓力一般為3260MPa，使用溫度為80，使用的介質(zhì)為油、中強(qiáng)酸、堿、鹽等中，IIIV型等巖心進(jìn)口端帶測壓空，適合巖心規(guī)格見下表所示：一般常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)巖心的直徑為25mm. 30mm .38mm，長度在100mm以內(nèi)，根據(jù)導(dǎo)師提供數(shù)據(jù)1.巖心直徑為25 mm;2.實(shí)驗(yàn)巖心的最大長度為86mm,實(shí)驗(yàn)的最小長度為54mm;3.工作壓力為8MPa. 金屬材料選擇由于實(shí)驗(yàn)過程中會接觸到酸、堿，鹽、油等介質(zhì)，通過查機(jī)械設(shè)計手

30、冊（GB122075），得出在直接接觸部分包括其他零件都用1Cr18Ni9Ti,該材料用途是作焊芯，抗磁儀表，醫(yī)療器械，設(shè)備襯里等，有較好的耐腐蝕性。 橡膠材料選擇按照常規(guī)的鉆井深度一般為40005000m左右，按每100m地溫升高3計算，橡膠筒的抗溫強(qiáng)度設(shè)計為120150，如果地溫超過150，特別是在做蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)時，就需要選用特種材料壓制膠筒。根據(jù)此要求：橡膠筒必須耐高溫（達(dá)150），耐高壓（達(dá)60MPa）,耐酸、堿、鹽及各種油類等優(yōu)良性能，長期使用不易損壞，所以查相關(guān)橡膠設(shè)計手冊，符合條件橡膠是：丁晴橡膠。15橡膠筒的設(shè)計有導(dǎo)師給的已知數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)巖心直徑為25mm,根據(jù)查資料和對比以前設(shè)計

31、經(jīng)驗(yàn)可得，橡膠筒內(nèi)徑取26.7mm，在有=26.7-25=1.7mm空間間隙中，有利于實(shí)驗(yàn)巖心進(jìn)出的方便和巖心進(jìn)入橡膠筒后夾持。因?yàn)橄鹉z筒須承受給出的8MPa的工作壓力，因此根據(jù)橡膠材料選擇手冊可查到，丁晴橡膠的厚度取=5.1mm符合條件。所以，由此推出橡膠筒的外徑得=26.7+5.1x2=36.9mm.則橡膠筒的外徑為36.7mm. 巖心為最大長度86mm時，調(diào)節(jié)右螺母進(jìn)入橡膠套9mm,則右螺母進(jìn)入橡膠套9mm.此巖心為實(shí)驗(yàn)的最長長度，因此也就確定了此橡膠筒的最長長度,根據(jù)已確定的設(shè)計數(shù)據(jù)，帶入數(shù)據(jù)我們可得： L=86+9+9=104mm考慮到橡膠筒在設(shè)計中夾持巖心同時，也有一部分在右頂緊螺

32、母中有一定長度來對其充入油體進(jìn)行密封，則實(shí)際長度應(yīng)該大于104mm，對于其取多長，在后面的密封設(shè)計中會提到。16則橡膠筒的圖如下 巖心筒的設(shè)計此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于對實(shí)驗(yàn)巖心的密封問題，密封的好壞直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞，直接影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，而密封的關(guān)鍵又在于橡膠筒。然而，對嵌入的巖心筒來說，它是對橡膠筒起一個支撐作用，它的設(shè)計的好與壞，也對實(shí)驗(yàn)的成功與否，有著重要的影響。設(shè)計大體思路，對巖心筒來說，嵌在它之內(nèi)的是橡膠筒，它的作用是通過環(huán)壓孔，在巖心筒與橡膠筒之間的空隙中，沖入足量的液體（一般選擇是油），然后外界通過環(huán)壓孔充入液體加壓，液體在外界壓力下緊壓橡膠筒，而此橡膠筒伸縮功能極強(qiáng)，當(dāng)外界加

33、壓后，橡膠筒牢牢地夾緊住了實(shí)驗(yàn)巖心，從而達(dá)到密封效果。由于橡膠筒要放入巖心筒，所以入口和出口的內(nèi)徑必須與橡膠筒相吻合，已知橡膠筒的外徑為36.9mm.由于橡膠筒和巖心筒之間必須要有一定量的注入液體，在外界加壓的情況下，從而夾住住實(shí)驗(yàn)巖心，所以中心直徑必須大于36.9mm，據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查表所得，確定間隙在6.1mm為好，則按此推出：中心內(nèi)徑=36.9+6.1*2=49.1mm，取中心內(nèi)徑為50mm，對于外徑的計算，也就是巖心筒壁厚的計算，它必須承受原始數(shù)據(jù)8MPa的工作壓力。巖心筒是可看成是有一定厚度的容器，如蒸汽鍋爐、液壓剛體、儲能器等，圓筒容器內(nèi)部受到壓強(qiáng)P的作用，只能承受拉力作用，在圓筒筒壁的

34、縱向和橫向截面上，只有拉力作用，而且認(rèn)為拉力應(yīng)力沿壁厚方向是均勻分布的。可用截面法以通過圓筒直徑的縱向截面將圓筒截為兩半取一半圓筒為研究對象， 已知巖心筒內(nèi)徑為50mm,已知所給的環(huán)壓8MPa，為了使得巖心筒能夠承受8MPa的工作壓力：由機(jī)械設(shè)計手冊（GB12275），對取用金屬材料1Cr18Ni9Ti,可查表和相應(yīng)計算得：b=55MPa; s=20MPa;其中， b為為常溫時材料的抗拉強(qiáng)度； s為鋼材的屈服點(diǎn)；對于塑性材料，例如鋼材、鋁、銅等，用第四強(qiáng)度理論比較好。17由機(jī)械設(shè)計手冊第二版上冊第一章第五節(jié)可知，第四強(qiáng)度理論可知： 對于一些鍋爐和液壓缸等容器，材料的許用拉應(yīng)力為： b為常溫時材

35、料的抗拉強(qiáng)度，安全系數(shù)取n=35；已知壓強(qiáng)P=8MPa;由壓強(qiáng)公式P=Q/s得：Q為接觸壓力，S為接觸面積；Q=P.s 由剪切力公式： 即： 又因?yàn)锳為剪切面積： 即： 由式可得：取 n=5；b查表可得：由上述計算可知：19.15mm,才能滿足要求考慮到材料的其他原因，選擇厚度時候會適當(dāng)增加。固我們?nèi)?20mm，一定滿足設(shè)計要求.可知巖心筒的外徑得D=50+20x2=90mm.下面是我們在設(shè)計巖心筒的內(nèi)螺紋上可以查機(jī)械設(shè)計手冊（第二版上冊）,對一些一般螺紋的分類、特點(diǎn)、及應(yīng)用見下表分析 18由于屬于精密儀器，卻受到較大的載荷，由此我們將螺紋設(shè)計為三角形螺紋，這樣就會連接強(qiáng)度高，自鎖性好，通過分

36、析和計算選用螺距是3mm的螺紋。由于絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時必須擰緊，使連接在承受工作載荷之前預(yù)先受到一個力的作用，以增強(qiáng)聯(lián)結(jié)的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)結(jié)件出現(xiàn)縫隙或者發(fā)生相對劃移，特別是像汽缸類別、管路凸緣、齒輪箱、軸承等要求緊密性較高的螺紋聯(lián)結(jié)。因此，就需要一個預(yù)緊力，由查機(jī)械原理，我推薦：合金鋼螺紋聯(lián)結(jié)的預(yù)緊力（0.50.6）sA，因此在預(yù)緊此螺紋聯(lián)結(jié)上實(shí)際操作人員需要注意此預(yù)緊力，不可大，也不可小。由機(jī)械設(shè)計手冊。直徑與螺紋（GB19363）查表知：19選螺距t=3mm;對于螺紋的長度，應(yīng)根據(jù)螺紋的強(qiáng)度來計算，達(dá)到該強(qiáng)度后可以確定其尺寸.此外螺紋與內(nèi)螺紋的聯(lián)結(jié)，需要承受8MPa

37、的工作壓力，而在兩者的聯(lián)結(jié)過程中，接觸表面受擠壓，在聯(lián)結(jié)接合面處，受剪切，計算時，我們假設(shè)壓力分布是均勻的，按擠壓強(qiáng)度條件：p=F/doLminp其中涉及參數(shù)如下：do為孔直徑；F為工作剪力；p為許用擠壓應(yīng)力；由上式可知，可取螺紋的長度為21mm，符合工作壓力的要求。由機(jī)械設(shè)計手冊（GB358）。可查螺距t=3mm,查退刀槽的長度為b=4.5mm;在橡膠筒進(jìn)入巖心筒的時候，由外徑39.6mm進(jìn)入到內(nèi)徑50 mm中，需要一個過渡的尺寸，由機(jī)械設(shè)計手冊（Q/2B13873）查：當(dāng)D>3050mm時，=3mm;因?yàn)閹r心筒的內(nèi)徑為50mm，為了便于加工，且為了減小橡膠筒進(jìn)入巖心筒的安裝阻力，=5

38、mm，而在過渡尺寸配合倒角5mm,由經(jīng)驗(yàn)可取，內(nèi)孔39.6mm的長度為15mm.又根據(jù)零件的倒角和倒圓半徑，查機(jī)械設(shè)計手冊（JB559）直徑3050mm時，取1*45°直徑5080mm時，取1*45°但是我們?nèi)r心筒的外倒角為2*45°.取內(nèi)倒角為1.5*45°,由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可得，因?yàn)檫@完全是為了美觀，為了使零件有更理想的視覺效果。因?yàn)榄h(huán)壓孔必須受到8MPa的工作的壓力，根據(jù)強(qiáng)度條件 其中F為工作壓力，此處為8MPa的工作壓力，為許用應(yīng)力，由第四強(qiáng)度理論，代入數(shù)據(jù)可得：取環(huán)壓孔徑8mm,符合8MPa的工作壓力。因?yàn)閹r心筒的壁厚20mm,所以據(jù)查表取環(huán)壓孔深

39、取8.5mm為宜，在下端，將采用硬密封方法，倒圓角，由機(jī)械設(shè)計手冊（JB559），查得直徑為610mm,取 r=1mm,固倒圓角為1mm，以下用3.5mm的通孔相連。由機(jī)械設(shè)計手冊（GB19363）查表知，t=1mm(屬于精密儀器，取細(xì)壓螺紋)。綜上所述，巖心筒的圖如下20右柱塞的設(shè)計柱塞的作用是頂緊作用，從而測巖心的被泥漿損害程度。右柱塞是直接頂緊巖心的，由于給定的原始數(shù)據(jù)是巖心的直徑25mm，固右柱塞直徑取25mm。對于柱塞的長度確定應(yīng)該有設(shè)計給予數(shù)據(jù)來計算：.當(dāng)放置巖心最短時候，也就是巖心長度為54mm，和放置最長的時候?yàn)?6mm, 則柱塞有一定移動路程為L路程=86-54=32mm,同

40、時也要加密封段20mm,也搖加右頂緊螺母的壁厚,也就是調(diào)節(jié)長度長度L=32+20+13=65,鎖緊長度為42，則總長度為L總長=65+42+28=135mm.右頂緊螺母的設(shè)計由實(shí)驗(yàn)給定的巖心直徑為25mm,為了巖心的順利進(jìn)入筒體,那么就可以確定螺母的內(nèi)徑應(yīng)該大于25mm,就可以初步設(shè)計為螺母的內(nèi)徑為26mm.在實(shí)驗(yàn)給定油壓為8MP,為了實(shí)驗(yàn)密封更好,在設(shè)計接觸長度是考慮到他們的在油壓下是否會有油在接觸位置漏出,綜合起來螺母與橡膠筒接觸設(shè)計長度是18mm.厚度為3mm.這樣達(dá)到了設(shè)計要求,也同時在該油壓下不會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象.由于在油進(jìn)入筒體后會對該螺母產(chǎn)生壓力作用,就會對其側(cè)面有作用力,如果沒有密

41、封設(shè)計,油會在壓力下通過螺母流出,所以在此設(shè)計一個O型圈來防止油漏出.查找關(guān)于O型圈的設(shè)計手冊,我們選擇O型圈的內(nèi)徑是46.4mm.其寬度是4.8mm.在設(shè)計時候由于油壓那么在O型圈的左右兩邊會設(shè)計一個寬為3mm的緩沖帶,更加利于O型圈的安裝和合理應(yīng)用.通過O型圈的設(shè)計,可以得到在密封的部分長度L=4.8+3*2=10.8mm,那么我們?nèi)∑溟L度是11mm.由于在設(shè)計中螺母是的內(nèi)螺紋的設(shè)計上,由機(jī)械設(shè)計手冊。直徑與螺紋（GB19363）查表知： 內(nèi)螺紋的公稱尺寸是M38螺距是3mm在上面設(shè)計中O型圈的設(shè)計上內(nèi)徑是46.4mm,那么根據(jù)手冊可以知道其外徑是52mm,那么總體上該螺母的設(shè)計尺寸基本確

42、定.右調(diào)節(jié)螺母的設(shè)計 由上面設(shè)計中,調(diào)節(jié)螺母是嵌入右頂緊螺母中,那么通過設(shè)計中可以取其外螺紋的型號是與之相匹配的,則可以確定螺紋規(guī)格是公稱尺寸是M38,螺距是3mm. 在設(shè)計右柱塞設(shè)計中其頂緊巖心的一端直徑是30mm.則要想其在調(diào)節(jié)螺母上裝進(jìn)去,那么其內(nèi)徑應(yīng)該大于30mm,根據(jù)此設(shè)計可以取其內(nèi)徑是30.5mm.,其長度可以由美觀和需要設(shè)計只要可以調(diào)節(jié)和外觀上考慮,則其長度可以設(shè)定為55mm.,在手接觸部分就滾花,以便人為操作.右螺母的設(shè)計由設(shè)計需要，在設(shè)計右柱塞的時候確定尺寸為135mm，這樣可以通過巖心筒的的長度得出螺母的長度L=34mm，在由于此巖心夾持器屬于精密儀器，卻受載荷，因此，我們

43、將螺紋設(shè)計為三角形螺紋，因?yàn)樾枰B接強(qiáng)度高，自鎖性好，我們選用螺距是3mm的螺紋。22絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時必須擰緊，使連接在承受工作載荷之前預(yù)選受到一個力的作用，以增強(qiáng)聯(lián)結(jié)的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)結(jié)件出現(xiàn)縫隙或者發(fā)生相對劃移，特別是像汽缸類別、管路凸緣、齒輪箱、軸承等緊密性要求較高的螺紋聯(lián)結(jié)。因此，就需要一個預(yù)緊力，由機(jī)械原理推薦：合金鋼螺紋聯(lián)結(jié)的預(yù)緊力（0.50.6）sA，因此在預(yù)緊此螺紋聯(lián)結(jié)上實(shí)際操作人員需要注意此預(yù)緊力，不可大，也不可小。由機(jī)械設(shè)計手冊。直徑與螺紋（GB19363）查表知：23按公稱尺寸d=60mm,選螺距t=3mm; 左柱塞的設(shè)計 在設(shè)計中,該零件是調(diào)節(jié)泥

44、漿通道作用，其一端面可以調(diào)節(jié)頂緊巖心的,這其初始直徑應(yīng)該大于巖心直徑。 實(shí)驗(yàn)給定巖心直徑是25mm,為了頂緊巖心并且不使其出現(xiàn)松動,取柱塞于巖心接觸面的直徑大于25mm,在接觸面上我們?nèi)∑渖舷麻L度多出5mm左右,現(xiàn)在就可以初步設(shè)定直徑是35mm. 接觸面上,由于有泥漿通過巖心筒的上面在貫穿,會有泥漿沖刷,該柱塞不可避免和泥漿直接接觸,如果不采取密封措施,會有泥漿通過柱塞流出,對儀器有很大損害,也破壞測試精確度,那么我們就會在柱塞上加一個O型墊圈,其主要作用是密封,不讓泥漿流出破壞儀器.通過查相關(guān)手冊得出O型圈的內(nèi)徑是29mm外徑和柱塞與巖心接觸面直徑一樣,是35mm.至于O型圈放置位置離接觸面

45、多遠(yuǎn),根據(jù)經(jīng)驗(yàn),可以設(shè)置距離是13mm.由左邊柱塞的長度在一些關(guān)鍵的尺寸上要與右邊相搭配,其他尺寸可以根據(jù)美觀和省材料角度上來人為設(shè)計尺寸,這我們可以取柱塞總長度是105mm. 左螺母的設(shè)計 在左螺母設(shè)計上,其作用是頂緊,使儀器能在正常工作,螺母規(guī)格在查表后可以得到是:公稱尺寸是:M70, 螺距是3mm,這樣可以得到該螺母的外徑是70mm,其長度是50mm,由上面設(shè)計中提到左柱塞的尺寸可以得到其內(nèi)徑是52.5mm在外面部分就取其直徑是66mm,在這些尺寸設(shè)定上有許多是認(rèn)為設(shè)計,以便節(jié)省材料和美觀的作用. 左旋緊螺母的設(shè)計該設(shè)計上與右進(jìn)螺母思路基本一致,不過其尺寸有與我們在上面設(shè)計中一些尺寸的確

46、定,那么我們可以得到該螺母的規(guī)格是:公稱尺寸是:M42,其螺距是3mm,內(nèi)徑根據(jù)左柱塞的直徑為30mm,則我們?nèi)∑渲睆酱笥?0mm,不過為了省材料和美觀可以取直徑為30.5mm,在裝配上可以套進(jìn),在長度設(shè)計上由于左柱塞的尺寸上與之接觸部分是內(nèi)徑套上柱塞,則長度可以設(shè)置小于70mm就可以了,那么我們設(shè)定長度是55mm,這樣我們的螺母尺寸基本都設(shè)定. 確定巖心筒的長度 上面的計算中，我們知道了右柱塞的長度是135mm，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的巖心最大長度是86mm，最小長度是54mm,則可以推出從巖心一端到右邊的長度是145mm在以上計算中，可以得到的該結(jié)果的。在計算中的強(qiáng)度較核是必要，通過以上方法在計算損

47、害儀的左端時候是依靠右邊的計算尺寸可以確定尺寸的，有許多是現(xiàn)實(shí)中需要和材料需要。采取該尺寸的。則綜合考慮可以知道巖心筒的總長度可以確定為210mm為最佳尺寸.橡膠筒密封設(shè)計 在設(shè)計密封方面，由于在8MP的作用力下會對橡膠的側(cè)面和巖心接觸面上產(chǎn)生壓力，同時在橡膠套與左右頂緊螺母有一定力，所以在設(shè)計時候要在螺母與其接觸面上設(shè)計好一定橡膠長度，來防止油不從橡膠筒中溢出。24根據(jù)上面設(shè)計中螺母的所受側(cè)向壓力！應(yīng)該在頂緊橡膠套后，在（設(shè)計中）我們設(shè)計的初使橡膠套的長度是104mm，25這樣在設(shè)計中會考慮到油壓的作用，以及頂緊螺母的對橡膠套的作用，綜合考慮后會初始長度是140mm，考慮到在左右頂緊中有13m長度是作用其中的，所以橡膠套的在筒中直線長度是L=140-13=127mm長度，26這樣密封中有足夠長度是在左右旋緊螺母作用下密封的。27泥漿損害儀的總示意圖通過以上對巖心夾持器各個部件的設(shè)計，現(xiàn)在我們可知巖心夾持器的總體示意圖如下：3.畢業(yè)設(shè)計總結(jié)作為我們將畢業(yè)的最后一次設(shè)計，充分的考察了我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)情況，也提高了我對所學(xué)習(xí)的課程如機(jī)械設(shè)計，機(jī)械原理，理論力學(xué)，互換性與技術(shù)測量等了解。由于缺乏一定經(jīng)驗(yàn)，