[发明专利]用于评价深井钻井液的润滑性能的实验装置与实验方法

权利要求书

1.一种用于评价深井钻井液的润滑性能的实验装置，包括：

复合钻进实验系统，其包括旋转驱动机构、钻进驱动机构、钻杆、岩芯、加 热机构和岩芯夹持器，其中，岩芯和加热机构均设在岩芯夹持器内，旋转驱动机 构和钻进驱动机构均用于驱动钻杆；

钻井液供给系统，其为复合钻进实验系统提供动态的高压钻井液；

压力机构，连接在复合钻进实验系统的岩芯上，为钻杆与形成在岩芯表面的 滤饼之间的摩擦钻进提供压力；和

测试与计算单元，用于测试和计算滤饼与钻杆之间的滑动摩擦系数和钻杆与 滤饼之间钻井液的润滑系数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钻杆的两端分别连接有 夹持器保护套筒，两端的夹持器保护套筒与岩芯夹持器固定连接，夹持器保护套 筒与钻杆动密封连接。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述压力机构包括活塞 缸和为活塞缸提供压力的机械助力泵，其中，机械助力泵与活塞缸的无杆腔端连 接，活塞缸的活塞杆穿过岩芯夹持器抵接岩芯为钻杆与形成在岩芯表面的滤饼之 间的摩擦提供压力。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转驱动机 构包括旋转电机，所述钻进驱动机构包括钻进电机，优选地，在旋转电机与钻杆 之间连接有扭矩传感器，在步进电机与钻杆之间设有推力传感器。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热机构包 括电加热套和用于调节电加热套的加热温度的控温仪。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，所述钻井液供给 系统包括进液通道和回液通道。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其特征在于，所述进液通道上 设有储液罐和高压泵，所述储液罐内设有对钻井液进行搅拌的搅拌器，所述高压 泵将储液罐内的钻井液运送到复合钻进实验系统。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述回液通道上设有降 温降压机构和输送泵，其中，降温降压机构与复合钻进实验系统的出液口连接， 输送泵与储液罐连接。

9.一种用于评价深井钻井液的润滑性能的实验方法，采用权利要求1～8中 任一项所述的装置，并包括以下步骤：

钻井液供给系统的进液通道上设有高压泵，高压泵将钻井液运送到复合钻进 实验系统的环空管路中；

待环空管路充满钻井液，调节进液通道上的钻井液的流量和压力，调节加热 机构使复合钻进实验系统内的钻井液的温度到预定值；

待钻井液在岩芯表面形成稳定厚度的滤饼后，通过压力机构向岩芯施加预定 压力；

启动旋转驱动机构与步进驱动机构，使钻杆在岩芯加持器中做旋转与滑动的 复合钻进运动；

通过测试与计算单元分别记录钻杆与滤饼之间的动摩擦力和钻杆的扭矩，计 算得到钻杆与滤饼之间的滑动摩擦系数以及钻杆与滤饼之间的钻井液的润滑系 数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在实验过程中，所述复合钻 进实验系统能承受的工作温度不低于260℃，能承受的工作压力不低于40MPa。