[实用新型]一种泥岩密度测定仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种泥岩密度测定仪，可用于石油钻探过程中泥岩密度的测定，也可用于其他领域中测量小体积不溶于水的物质的密度，属于密度测定技术领域。

背景技术

在石油钻井过程中，异常的地层孔隙压力对于油井是极危险的，有可能会造成井涌、井喷、井漏、井径收缩、卡钻等事故，存在异常地层孔隙压力的钻达地层的泥岩特征表现为泥岩密度降低，偏离泥岩密度正常趋势线。因此，可以用测定泥岩密度的方法来预测地层异常孔隙压力，通过实时测定泥岩密度了解钻达地层的压力变化及预测可能存在的压力异常层。

依据密度公式d＝m/V(d：密度；m：质量；V：体积)，传统的密度计算方法一般通过直接测量物体的质量和体积，再根据密度公式计算出物体的密度，测量小体积物体的仪器价格昂贵，所以一般通过物理模型的转换，间接通过测量相关的线性位移、力等参数求得物体的体积。然后，通过比值求得密度。

如图1所示，为传统泥岩密度测定仪结构原理图，测定仪由上盘1、下盘2、均匀圆柱形钢丝3、浮子4、镇定锤5及圆柱形容器6组成，圆柱形容器6用于盛纯水，镇定锤5用于保证测量件在整个测量过程中始终垂直于圆柱形容器6底部，在整个测量过程中必须保证上盘1始终露于空气中，上盘1用来测量被测物体对应的由圆柱形钢丝排开的纯水的质量，在整个测量过程中必须保证下盘2始终浸没在纯水中，下盘用于测量被测物体完全浸没时所排开的纯水的体积。

设下盘、浮子和镇定锤的总体积为V₀，质量为m₀，如图1所示的浸没于纯水中的均匀圆柱形钢丝的长度为L₀，标样的质量为m_s，体积为V_s。

下盘、浮子和镇定锤得重量为：G₀＝m₀×g；

根据“阿基米德定律”有：F_浮0＝ρ_水×g×(V₀+S₀×L₀)；

根据力平衡定律：m₀×g＝ρ_水×g×(V₀+S₀×L₀)——(1)

圆柱形容器内纯水的体积为：T＝S₁×h-S₀×L₀-V₀——(2)

如图2所示，标样放置于上盘后，系统的重力增大，均匀钢丝在增加的重力的作用下排开更多的水以增加系统浮力，使得水面上升，均匀钢丝浸没的长度增加。

加上标样后的重量为：G₁＝(m₀+m_s)×g；

根据“阿基米德定律”有：F_浮1＝ρ_水×g×[V₀+S₀×(L₀+L₁+L₁’)]；

根据力平衡定律：(m₀+m_s)×g＝ρ_水×g×[V₀+S₀×(L₀+L₁+L₁’)]—(3)

将式(1)带入式(3)得：m_s＝ρ_水×S₀×(L₁+L₁’)——(4)

圆柱形容器内纯水的体积为：T＝S₁×(h+L₁’)-S₀×(L₀+L₁+L₁’)-V₀；

将式(2)带入上式得：L₁’＝S₀×L₁/(S₁-S₀)——(5)

如图3所示，标样放置于下盘后，系统的重力增大，均匀钢丝在增加的重力的作用下排开更多的水，加上标样本身体积所排开的水，使得系统浮力增加，水面上升，均匀钢丝浸没的长度增加。

加上标样后的重量为：G₂＝(m₀+m_s)×g；