CN111337423A - 支撑剂摩擦特性的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种支撑剂摩擦特性的测量方法及装置，属于测量仪器技术领域。所述装置包括：底座、支撑剂存储器、拉力传感器、直线导轨、滑块、位移传感器、同步电机和控制组件；底座上固设有支撑剂存储器和直线导轨；直线导轨上安装有滑块和同步电机，同步电机与滑块相连；滑块的一端与页岩样本连接，且在连接位置处设置有拉力传感器；滑块的另一端与位移传感器连接；控制组件分别与同步电机、拉力传感器和位移传感器电性相连。本申请实施例中，同步电机驱动滑块移动，继而实现对页岩样本的平稳拖动，控制组件可调节同步电机驱动滑块运动的速度，并获取拉力传感器和位移传感器采集的数据，继而有效地测量出支撑剂摩擦特性。

Description

支撑剂摩擦特性的测量方法及装置

技术领域

本申请涉及测量仪器技术领域，特别涉及一种支撑剂摩擦特性的测量方法及装置。

背景技术

在石油工程中，体积压裂技术是一种大排量、低粘度、低砂比的施工方式。实施体积压裂时，在大排量滑溜水的作用下，后期泵入的支撑剂在砂堤上向前滚动，与页岩裂缝避免相互摩擦，最终砂堤上的支撑剂逐渐向前推进。支撑剂在裂缝中向远端过程中，如果支撑剂与页岩裂缝摩擦作用大，则支撑剂向前运动阻力越大，施工难度越大，导致大量支撑剂堆积在近井地带附近。因此，有必要针对页岩裂缝与支撑剂的摩擦特性开展研究，为体积压裂技术提供有力的实验依据。

目前的支撑剂性能评价方法主要参考石油行业标准SY/T 5108-2014《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》中的实验方法，尚无能有效评价页岩裂缝与支撑剂的摩擦特性的方法。

发明内容

本申请实施例提供了一种支撑剂摩擦特性的测量方法及装置。所述技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供了一种支撑剂摩擦特性的测量装置，所述装置包括：底座、支撑剂存储器、拉力传感器、直线导轨、滑块、位移传感器、同步电机和控制组件；

所述底座上固设有所述支撑剂存储器和所述直线导轨；所述支撑剂存储器用于存放支撑剂样本；所述直线导轨上安装有所述滑块和所述同步电机，所述同步电机与所述滑块相连，用于驱动所述滑块在所述直线导轨上直线运动；

所述滑块的一端与页岩样本连接，且在连接位置处设置有所述拉力传感器，所述拉力传感器用于测量所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦力，所述页岩样本放置在所述支撑剂存储器中所述支撑剂样本上方；所述滑块的另一端与所述位移传感器连接，所述位移传感器用于测量所述页岩样本与所述支撑剂样本相互运动时的运动距离；

所述控制组件分别与所述同步电机、所述拉力传感器和所述位移传感器电性相连，所述控制组件用于控制所述同步电机的开启与停止、调节所述同步电机驱动所述滑块进行直线运动的速度，并获取所述拉力传感器和所述位移传感器采集的数据。

在一个可选实施例中，所述支撑剂样本平铺至所述支撑剂存储器内；

所述页岩样本经过人工劈裂形成有裂缝表面，所述裂缝表面用于所述页岩样本与所述支撑剂样本相互运动时，模拟所述支撑剂样本在裂缝中的摩擦过程。

在一个可选实施例中，工作状态下，所述页岩样本上放置有砝码，所述砝码用于确保不同重量的页岩样品放置在所述支撑剂样本上方时，支撑剂表面受到的压力一致。

在一个可选实施例中，所述滑块的一端通过第一连接线与所述页岩样本连接，所述滑块的另一端通过第二连接线与所述位移传感器连接；其中，工作状态下，所述第一连接线和所述第二连接线均与所述底座平行。

在一个可选实施例中，所述拉力传感器的类型为单臂电桥、双臂电桥或全臂电桥中的一种。

在一个可选实施例中，所述直线导轨包括有两根平行滑轨，且所述滑轨与所述底座平行。

根据本申请的另一方面，提供了一种提供了支撑剂摩擦特性的测量方法，所述方法用于上述方面所述的支撑剂摩擦特性的测量装置，所述方法包括：

所述控制组件启动所述同步电机，所述滑块在所述同步电机带动下从静止变为匀速运动；

所述控制组件获取所述拉力传感器和所述位移传感器采集的数据；

所述控制组件根据所述数据，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦特性。

另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有至少一条指令，所述至少一条指令用于被处理器执行以实现如上述方面所述的支撑剂摩擦特性的测量方法。

本申请实施例中，提供了一种支撑剂摩擦特性的测量装置，特别适用于支撑剂性能测试领域。该装置主要通过同步电机驱动滑块移动，继而实现对页岩样本的平稳拖动；在滑块运动时，控制组件调节同步电机驱动滑块进行直线运动的速度，并获取拉力传感器和位移传感器采集的数据，继而可通过该装置有效地测量出支撑剂摩擦特性。

附图说明

图1是本申请一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置的结构示意图；

图2是本申请另一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置的结构示意图；

图3示出了页岩样本与支撑剂样本接触关系示意图；

图4示出了本申请一个示例性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量方法的流程图；

图5示出了本申请另一个示例性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

请参考图1，其示出了本申请一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置100的结构示意图。其中，装置100包括底座110、支撑剂存储器120、拉力传感器130、直线导轨140、滑块150、位移传感器160、同步电机170和控制组件180。

本申请实施例中，装置100可用于测量支撑剂摩擦特性，所需要的测试样品为支撑剂样本121与页岩样本122。

其中，页岩样本122取自岩心，根据地质勘查工作或工程的需要，使用环状岩心钻头及其它取心工具，从孔内取出的圆柱状岩石即为岩心，岩心是固体矿产的矿体或矿层中取出的含矿岩石或矿石，岩心是研究和了解地下地质和矿产情况的重要实物地质资料，；支撑剂样本121是指具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、高强度、高导流能力、低密度、低破碎率等特点。

此外，为了更好地通过装置100进行支撑剂摩擦特性的测量，需要对页岩样本122进行压裂处理，使得页岩样本122的表面变得粗糙，即页岩样本122的表面存在裂缝，继而模拟出支撑剂样本121嵌入页岩样本裂缝的场景。

需要说明的是，本申请实施例中，在使用装置100进行支撑剂摩擦特性的测量时，可以通过改变页岩样本122的表面粗糙度、支撑剂样本121的种类与规格来进行对比测试实验。

在装置100所包括的组件中，底座110用于固定其他组件，为整个装置100提供一个稳定的框架结构，且底座110上固设有支撑剂存储器120和直线导轨140。

支撑剂存储器120用于存放支撑剂样本121，为了更好地将支撑剂存储器120平稳设置在底座110上，支撑剂存储器120可以是矩形结构。可选的，支撑剂存储器120与底座110之间可以是固设形式，也可以是可拆卸形式。对于固设形式而言，支撑剂存储器120无法从底座110上取下，则需要实验人员操作整个装置100来实现对支撑剂存储器120所存放的支撑剂样本121的替换；对于可拆卸形式而言，支撑剂存储器120的底部与底座110的接触区域存在用于实现可拆卸的组件，如卡扣组件等等，当需要对支撑剂存储器120所存放的支撑剂样本121进行替换时，实验人员可直接将支撑剂存储器120从底座110的接触区域处拆卸下来。

直线导轨140上安装有滑块150和同步电机170，同步电机170与滑块150相连，且同步电机170用于驱动滑块150在直线导轨140上直线运动。可选的，同步电机170包括电机、主动齿轮、从动齿轮、盘线轮和转轴；可选的，滑块150为矩形方块，且为了方便滑块150在直线导轨140上进行运动，滑块150与直线导轨140的接触区域的粗糙度较低。

在一种可能的实施方式中，同步电机170启动，电机驱动主动齿轮转动，从而带动从动齿轮转动，盘线轮通过转轴与从动齿轮连接，继而实现盘线轮处连接线对滑块150的拉动，同步电机170最终实现驱动滑块150在直线导轨140上进行直线运动。

可选的，滑块150处还设置有一立柱151，该立柱151为竖直状态。如图1所示，立柱151包括顶部连接位置152和底部连接位置153。滑块150通过立柱151的顶部连接位置152，实现滑块150的一端与页岩样本122连接，且在顶部连接位置152处设置有拉力传感器130，拉力传感器130用于测量支撑剂样本121与页岩样本122之间的摩擦力，页岩样本122放置在支撑剂存储器120中支撑剂样本121上方；滑块150通过立柱151的底部连接位置153，实现滑块150的另一端与位移传感器160连接，位移传感器160用于测量支撑剂样本121与页岩样本122相互运动时的运动距离。

本申请实施例对可使用的位移传感器160的类型并不作限定，并以位移传感器160为直线位移传感器(即电子尺)为例进行示意性的说明。可选的，直线位移传感器主要包括电阻滑轨、滑片、激励单元、对外轴承和外壳，直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。

在一种可能的实施方式中，将直线位移传感器的主体部分固设在支撑剂存储器120的底部位置，通过滑片在电阻滑轨上的位移来测量不同的阻值。其中，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。当同步电机170启动，滑块150在直线导轨140上开始运动，继而带动滑片在电阻滑轨上运动，直线位移传感器的外露部分会随着滑片的运动逐渐增大。

为了保障直线位移传感器的安全运行，电阻滑轨的两端均设置有缓冲行程，如缓冲行程为4mm，有效行程为75mm～500mm；可选的，还可以根据实验要求选择不同精度的直线位移传感器160，如精度为0.05％～0.04％FS。

对于上述同步电机170、拉力传感器130和位移传感器160而言，均可实现单独的使用。为了实现对上述组件的统一控制，装置100还设置有控制组件180。控制组件180分别与同步电机170、拉力传感器130和位移传感器160电性相连，控制组件180用于控制同步电机170的开启与停止、调节同步电机170驱动滑块150进行直线运动的速度，并获取拉力传感器130和位移传感器160采集的数据。

可选的，控制组件180可以是平板电脑、便携式个人计算机等具备上述控制功能的电子设备，或者是上述电子设备中的可实现控制组件180功能的设备组件，本申请实施例对此并不作限定。

综上所述，本申请实施例提供了一种支撑剂摩擦特性的测量装置，特别适用于支撑剂性能测试领域。该装置主要通过同步电机驱动滑块移动，继而实现对页岩样本的平稳拖动；在滑块运动时，控制组件调节同步电机驱动滑块进行直线运动的速度，并获取拉力传感器和位移传感器采集的数据，继而可通过该装置有效地测量出支撑剂摩擦特性。

请参考图2，其示出了本申请另一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置200的结构示意图。在图1的基础上，通过装置200对图1所示的装置100作进一步的说明。

在实际的装置使用过程中，测量结果的好坏不仅与装置本身的结构设计有关，还与装置的规范操作使用有关。如，未将装置200放置于水平面的试验台进行使用，又如，支撑剂样本121未铺设均匀等等。

因此，在一种可能的实施方式中，选择规格接近的支撑剂样品，并将支撑剂样本121平铺至支撑剂存储器120内，保证支撑剂样本121与支撑剂存储器120的内壁边缘齐平，以使页岩样本122在支撑剂样本121表面摩擦时，能够平稳进行。

示意性的，如图3所示，其示出了页岩样本122与支撑剂样本121接触关系示意图。其中，支撑剂样本121均匀平铺，且可与页岩样本122发生相对运动。

此外，对于页岩样本122的压裂处理而言，页岩样本122经过人工劈裂形成有裂缝表面，裂缝表面用于支撑剂样本121与页岩样本122相互运动时，模拟支撑剂样本121在裂缝中的摩擦过程。

进一步的，可通过扫描电镜对压裂处理后的页岩样本122进行扫描，即选择页岩样本122的一面，对其表面进行扫描，确定其裂缝表面的粗糙度。首先，扫描页岩样本122的裂缝表面形态，获取最高值和最低值与平均高度的差异，如果差异越大，则该裂缝表面越粗糙，通过扫描电镜进行扫描的目的是为了得到相近粗糙度页岩样本122下，不同支撑剂样本121的摩擦特性，或者，相同支撑剂样本121在不同粗糙度页岩样本122处的摩擦特性。

若当前的测量方案为，测量相同支撑剂样本121在不同粗糙度页岩样本122处的摩擦特性，则对于支撑剂样本121的支撑剂表面而言，有可能因为替换不同粗糙度的页岩样本122进行测量实验的原因，使得支撑剂表面受到的压力不一致，继而对摩擦特性的测量结果产生影响。

为了解决上述问题，在装置200的工作状态下，页岩样本122上放置有砝码123，砝码123用于确保不同重量的页岩样品放置在支撑剂样本121上方时，支撑剂表面受到的压力一致。

在一个示例中，测量实验开始时，实验人员确定出不同粗糙度下的页岩样本122的重量，根据预设的支撑剂表面压力，选择各个页岩样本122对应的砝码123，使得各个页岩样本122与对应砝码123的重量之和均相等。

如图1所示，立柱151包括顶部连接位置152和底部连接位置153。在立柱151的顶部连接位置152设置有第一连接线201与页岩样本122连接，即实现了滑块150的一端通过第一连接线201与页岩样本122连接；在立柱151的底部连接位置153设置有第二连接线202与位移传感器160连接，实现了滑块150的另一端通过第二连接线202与位移传感器160连接离。其中，工作状态下，第一连接线201和第二连接线202均与底座110平行。

可选的，同步电机170通过第三连接线203与51立柱151相连，且第三连接线203与底座110平行。

拉力传感器130的原理为弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程。

可选的，拉力传感器130的类型为单臂电桥、双臂电桥或全臂电桥中的一种，本申请实施例对此不作限定。其中，单臂电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；双臂电桥有两个臂接入被测量，其它两个臂采用固定电阻；全臂电桥有四个桥臂都接入被测量。

此外，在图2中，直线导轨140包括有两根平行滑轨204(该视角使得两根平行滑轨204重叠)，且滑轨与底座110平行，两根平行滑轨204用于固定支撑剂样本121与页岩样本122相互运动期间的运动轨迹，确保该运动轨迹为直线运动轨迹。

可选的，底座110、支撑剂存储器120、直线导轨140的两根平行滑轨204为不锈钢材质，但并不对此作限定。

本申请实施例中，页岩样本经过人工劈裂形成有裂缝表面，使得支撑剂样本与页岩样本相互运动时，可模拟支撑剂样本在裂缝中的摩擦过程，进而提高支撑剂摩擦特性的测量实验的真实性。

本申请实施例中，页岩样本上放置有砝码，砝码用于确保不同重量的页岩样品放置在支撑剂样本上方时，使得支撑剂表面受到的压力一致，进而减少压力不一致带来的测量结果不准确的问题。

本申请实施例中，滑块通过第一连接线和第二连接线分别与页岩样本和位移传感器连接，且第一连接线和第二连接线均与底座平行，保证了页岩样本运动过程的稳定性，以及位移传感器测量数据的精准性。

本申请实施例中，直线导轨包括有两根平行滑轨，且滑轨与底座平行，确保支撑剂样本与页岩样本相互运动期间的运动轨迹为直线运动轨迹，继而提高支撑剂摩擦特性的测量实验的真实性。

请参考图4，其示出了本申请一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量方法的流程图。本实施例以该方法用于上述实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置为例进行说明，该方法包括：

步骤401，控制组件启动同步电机，滑块在同步电机带动下从静止变为匀速运动。

可选的，控制组件可以是平板电脑、便携式个人计算机等可实施撑剂摩擦特性的测量方法的电子设备，本申请实施例对此并不作限定。

控制组件包含有显示屏，可通过显示屏显示拉力传感器和位移传感器采集的数据；显示屏包含有触控按键，和/或，控制组件包含有控制按钮，可通过触控按键或控制按钮对实施过程进行控制与查看。

以控制组件包含有控制按钮为例，可选的，控制按钮包括电源按钮、重置按钮、速度调节按钮等等。

在一种可能的实施方式中，控制组件通过用户对电源按钮的触发操作来启动同步电机，同步电机的转速从零不断提高，从而滑块在同步电机带动下从静止变为运动。

对于测试过程而言，若滑块的运动状态为变速运动时，测量结果会产生一定的误差，因此，控制组件启动同步电机后，还需要满足滑块在同步电机带动下从静止变为匀速运动。

步骤402，控制组件获取拉力传感器和位移传感器采集的数据。

进一步的，当滑块的运动状态稳定时，控制组件获取拉力传感器和位移传感器采集的数据，并通过控制组件包含的显示屏显示拉力传感器和位移传感器所采集的数据。

步骤403，控制组件根据数据，确定出页岩样本与支撑剂样本之间的摩擦特性。

可选的，页岩样本与支撑剂样本之间的摩擦特性包括静摩擦力、动摩擦力、静摩擦系数和动摩擦系数。其中，静摩擦系数是两物体有相对运动趋势，但还没有相对运动时的摩擦系数，一般用符号μ₀表示，静摩擦力可根据物体接触面压力和静摩擦系数得到；动摩擦系数是当两物体有相对运动时的摩擦系数，一般用符号μ表示，动摩擦力可根据物体接触面压力和动摩擦系数得到。一般来说，动摩擦系数略小于静摩擦系数，由物体材料及表面粗糙情况决定。

综上所述，本申请实施例中，控制组件启动同步电机，滑块在同步电机带动下从静止变为匀速运动，避免了测量结果会产生误差的问题；进一步的，控制组件获取拉力传感器和位移传感器采集的数据，并根据数据确定出页岩样本与支撑剂样本之间的摩擦特性，而相关技术中尚无能有效评价页岩样本与支撑剂样本相互作用关系的方法，通过本申请提供的支撑剂摩擦特性的测量方法，能够有效地确定出页岩样本与支撑剂样本之间的摩擦特性，对体积压裂施工设计、入井材料优选提供有力的实验支撑。

请参考图5，其示出了本申请另一个示意性实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量方法的流程图。本实施例以该方法用于上述实施例提供的支撑剂摩擦特性的测量装置为例进行说明，该方法包括：

步骤501，位移传感器的位移数据指示滑块运动时，控制组件根据相邻采样时刻下位移传感器的位移数据，计算出滑块的位移速度。

在控制组件控制同步电机的过程中，同步电机在一定转速下运转，使得相连的滑块在直线导轨上直线运动。然而，在同步电机启动阶段，转速是不稳定的，即使得滑块在直线导轨上的位移速度并非是匀速直线运动，继而使得页岩样本在支撑剂表面的位移速度也是非匀速的；又或者是，同步电机对转速的精准调节是存在一定偏差的，即转速并非是恒定的。

对于上述可能出现的现象，均会导致测量结果的不准确。因此，控制组件需要实时监控页岩样本和滑块的运动速度，来判断当前同步电机是否处于平稳运行状态。

在一种可能的实施方式中，位移传感器的位移数据指示滑块运动时，控制组件根据相邻采样时刻下位移传感器的位移数据，计算出滑块的位移速度。即通过相邻采样时刻下位移传感器的位移数据，可得到滑块的实时位移速度，继而检测当前滑块是否处于匀速运动。

步骤502，控制组件通过控制同步电机，来调整对滑块的拉力，直至滑块匀速运动。

进一步的，当滑块的位移速度在连续采样时刻内的位移速度发生连续变化，则当前滑块并不处于匀速运动。

在一种可能的实施方式中，控制组件通过控制同步电机的转速，来调整对滑块的拉力，直至滑块匀速运动。

步骤503，控制组件获取拉力传感器和位移传感器采集的数据。

可选的，本步骤的内容请参考步骤402，本申请实施例在此不再赘述。

步骤504，控制组件根据位移传感器输出位移数据确定第一时刻。

在本申请实施例中，可通过位移传感器直接测得页岩样本与支撑剂样本之间的静摩擦力和动摩擦力。根据静摩擦力和动摩擦力的上述特点，控制组件需要确定出数据获取的时刻。

随着页岩样本的运动过程的进行，控制组件可获得的数据顺序为静摩擦力，紧接着为动摩擦力。因此，控制组件首先确定出获取静摩擦力的时刻，记为第一时刻。其中，第一时刻是滑块从静止状态变为运动状态的时刻。

在一种可能的实施方式中，控制组件根据位移传感器输出位移数据确定第一时刻。在本申请各个实施例中，静摩擦力特指最大静摩擦力，根据最大静摩擦力的特点，获取静摩擦力的时刻是在页岩样本与支撑剂样本刚发生相对运动时的时刻，即滑块从静止状态变为运动状态的时刻。

步骤505，控制组件将第一时刻下拉力传感器的传感器数据确定为静摩擦力。

进一步的，于第一时刻是滑块从静止状态变为运动状态的时刻，符合静摩擦力的获取条件，因此，控制组件将第一时刻下拉力传感器的传感器数据确定为静摩擦力。

在本申请实施例中，将静摩擦力记为f₀。

步骤506，控制组件根据页岩样本和砝码的总重力以及静摩擦力，确定出页岩样本与支撑剂样本之间的静摩擦系数。

可选的，步骤506仅限定于在步骤505之后执行，但并未限定于步骤507之前执行，即本申请实施例中，步骤506可以与步骤507并行执行，或，具有先后顺序。

静摩擦系数可根据物体接触面压力和静摩擦力得到。因此，控制组件将第一时刻下拉力传感器的传感器数据确定为静摩擦力之后，可进一步确定出页岩样本与支撑剂样本之间的静摩擦系数。

在本申请实施例中，物体接触面压力即为页岩样本和砝码的总重力，记为N。则页岩样本和砝码的总重力(N)、静摩擦力(f₀)以及静摩擦系数(μ₀)之间的关系可表示为f₀＝μ₀N。

因此，在一种可能的实施方式中，控制组件将第一时刻下拉力传感器的传感器数据确定为静摩擦力之后，可进一步根据页岩样本和砝码的总重力以及静摩擦力，确定出页岩样本与支撑剂样本之间的静摩擦系数。其中，获取页岩样本和砝码的总重力可在步骤506执行，也可以是步骤506之前执行，又或是预先存储于控制组件内的数据，本申请实施例对总重力的获取时间并不作限定。

步骤507，控制组件根据位移传感器输出位移数据确定第二时刻。

同样的，控制组件需要确定出动摩擦力获取的时刻。随着页岩样本的运动过程的进行，控制组件可获得的数据顺序为静摩擦力，紧接着为动摩擦力。因此，控制组件在确定出获取静摩擦力的时刻后，可紧接着确定出获取动摩擦力的时刻，记为第二时刻。其中，第二时刻是滑块匀速运动的时刻。

在一种可能的实施方式中，控制组件根据位移传感器输出位移数据确定第二时刻。第二时刻下，滑块匀速运动，使得相连的页岩样本也在支撑剂表面匀速运动，满足获取动摩擦力的条件。当位移传感器输出位移数据的变化程度处于不变状态，则表示滑块匀速运动。

步骤508，控制组件将第二时刻下拉力传感器的传感器数据确定为动摩擦力。

进一步的，由于第二时刻是滑块匀速运动的时刻，符合动摩擦力的获取条件，因此，控制组件将第二时刻下拉力传感器的传感器数据确定为动摩擦力。需要说明的是，滑块在匀速运动期间，页岩样本与支撑剂样本之间的动摩擦力不变，因此，第二时刻是指滑块匀速运动的任一时刻。

在本申请实施例中，将动摩擦力记为f。

步骤509，控制组件根据总重力和动摩擦力，确定出页岩样本与支撑剂样本之间的动摩擦系数。

动摩擦系数可根据物体接触面压力和动摩擦力得到。因此，控制组件将第二时刻下拉力传感器的传感器数据确定为动摩擦力之后，可进一步确定出页岩样本与支撑剂样本之间的动摩擦系数。

则总重力(N)、动摩擦力(f)以及动摩擦系数(μ)之间的关系可表示为f＝μN。

因此，在一种可能的实施方式中，控制组件将第二时刻下拉力传感器的传感器数据确定为动摩擦力之后，可进一步根据页岩样本和砝码的总重力以及动摩擦力，确定出页岩样本与支撑剂样本之间的动摩擦系数。

步骤510，控制组件根据页岩样本与支撑剂表面的粗糙度，确定出基于单位粗糙度的静摩擦系数和动摩擦系数。

此外，在影响摩擦系数的因素中，除了支撑剂样本的特性，还包括有页岩样本表面的粗糙度。因此，为了能够得到某一支撑剂更具广泛代表性的摩擦特性，本申请实施例中，还包括有获取页岩样本与支撑剂表面的粗糙度的内容，且将粗糙度记为P。

在一种可能的实施方式中，控制组件根据页岩样本与支撑剂表面的粗糙度，确定出基于单位粗糙度的静摩擦系数和动摩擦系数。其中，控制组件将静摩擦系数比上粗糙度，即支撑剂样本与页岩样本在单位粗糙度下的静摩擦系数可表示为μ₀/P；对应的，控制组件将动摩擦系数比上粗糙度，即支撑剂样本与页岩样本在单位粗糙度下的动摩擦系数可表示为μ/P。因此，基于单位粗糙度上的静摩擦系数和动摩擦系数，可避免因粗糙度不同导致的摩擦系数不同的问题。

本申请实施例中，控制组件通过控制同步电机，来调整对滑块的拉力，直至滑块匀速运动，继而避免因滑块处于非匀速运动时带来的测量结果不准确的问题；进一步的，控制组件根据位移传感器输出位移数据确定第一时刻和第二时刻，继而获取静摩擦力和动摩擦力的获取时刻，以实现静摩擦力和动摩擦力的直接获取；此外，控制组件还可以继续根据静摩擦力、动摩擦力以及页岩样本和砝码的总重力，确定出静摩擦系数和动摩擦系数，再用摩擦系数除以粗糙度，即支撑剂样本与页岩样本在单位粗糙度下的摩擦系数，可避免因粗糙度不同导致的摩擦系数不同的问题。通过本申请提供的支撑剂摩擦特性的测量方法，能够有效地确定出页岩样本与支撑剂样本之间的摩擦特性，对体积压裂施工设计、入井材料优选提供有力的实验支撑。

本申请实施例还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如上各个实施例所述的支撑剂摩擦特性的测量方法。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支撑剂摩擦特性的测量装置，其特征在于，所述装置包括：底座、支撑剂存储器、拉力传感器、直线导轨、滑块、位移传感器、同步电机和控制组件；

所述底座上固设有所述支撑剂存储器和所述直线导轨；所述支撑剂存储器用于存放支撑剂样本；所述直线导轨上安装有所述滑块和所述同步电机，所述同步电机与所述滑块相连，用于驱动所述滑块在所述直线导轨上直线运动；

所述滑块的一端与页岩样本连接，且在连接位置处设置有所述拉力传感器，所述拉力传感器用于测量所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦力，所述页岩样本放置在所述支撑剂存储器中所述支撑剂样本上方；所述滑块的另一端与所述位移传感器连接，所述位移传感器用于测量所述页岩样本与所述支撑剂样本相互运动时的运动距离；

所述控制组件分别与所述同步电机、所述拉力传感器和所述位移传感器电性相连，所述控制组件用于控制所述同步电机的开启与停止、调节所述同步电机驱动所述滑块进行直线运动的速度，并获取所述拉力传感器和所述位移传感器采集的数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑剂样本平铺至所述支撑剂存储器内；

所述页岩样本经过人工劈裂形成有裂缝表面，所述裂缝表面用于所述页岩样本与所述支撑剂样本相互运动时，模拟所述支撑剂样本在裂缝中的摩擦过程。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，工作状态下，所述页岩样本上放置有砝码，所述砝码用于确保不同重量的页岩样品放置在所述支撑剂样本上方时，支撑剂表面受到的压力一致。

4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述滑块的一端通过第一连接线与所述页岩样本连接，所述滑块的另一端通过第二连接线与所述位移传感器连接；其中，工作状态下，所述第一连接线和所述第二连接线均与所述底座平行。

5.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述拉力传感器的类型为单臂电桥、双臂电桥或全臂电桥中的一种。

6.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述直线导轨包括有两根平行滑轨，且所述滑轨与所述底座平行。

7.一种支撑剂摩擦特性的测量方法，其特征在于，所述方法用于权利要求1至6任一所述的支撑剂摩擦特性的测量装置，所述方法包括：

所述控制组件启动所述同步电机，所述滑块在所述同步电机带动下从静止变为匀速运动；

所述控制组件获取所述拉力传感器和所述位移传感器采集的数据；

所述控制组件根据所述数据，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦特性。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制组件根据所述数据，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦特性，包括：

所述控制组件根据所述位移传感器输出位移数据确定第一时刻，所述第一时刻是所述滑块从静止状态变为运动状态的时刻；所述控制组件将所述第一时刻下所述拉力传感器的传感器数据确定为静摩擦力；

所述控制组件根据所述位移传感器输出位移数据确定第二时刻，所述第二时刻是所述滑块匀速运动的时刻；所述控制组件将所述第二时刻下所述拉力传感器的传感器数据确定为动摩擦力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制组件根据所述数据，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的摩擦特性，还包括：

所述控制组件根据所述页岩样本和砝码的总重力以及所述静摩擦力，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的静摩擦系数，所述砝码用于确保不同重量的页岩样品放置在所述支撑剂样本上方时，支撑剂表面受到的压力一致；

所述控制组件根据所述总重力和所述动摩擦力，确定出所述页岩样本与所述支撑剂样本之间的动摩擦系数；

所述控制组件根据所述页岩样本与所述支撑剂表面的粗糙度，确定出基于单位粗糙度的所述静摩擦系数和所述动摩擦系数。

10.根据权利要求7至9任一所述的方法，其特征在于，所述控制组件启动所述同步电机，包括：

所述位移传感器的位移数据指示所述滑块运动时，所述控制组件根据相邻采样时刻下所述位移传感器的位移数据，计算出所述滑块的位移速度；

所述控制组件通过控制所述同步电机，来调整对所述滑块的拉力，直至所述滑块匀速运动。

Images