CN102839934A - 具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，包括：泥浆混配系统以及泥浆性能智能检测系统，泥浆性能智能检测系统包括：泥浆密度检测模块、泥浆流变性检测模块、泥浆润滑性检测模块和显示控制器，且所述的各模块与显示控制器通过有线或者无线方式连接，显示控制器带有泥浆失水量检测模块。本发明通过将泥浆混配系统与泥浆性能参数检测系统相结合，在混配泥浆的同时对泥浆的密度、粘度、切力、润滑性和失水量进行实时检测，能够实现现场精确、高效、便捷地混配泥浆，并显示记录泥浆的性能参数，真正实现了泥浆配制科学化和性能定量化，大大改进了钻进泥浆现场应用的技术，可以显著提高施工效率，保证施工质量和安全，降低施工成本。

Description

具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统及检测方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种用于水平定向钻进施工、地质勘探钻井施工等场合的泥浆混配系统及性能参数的检测方法。

背景技术

在进行水平定向钻进铺管施工及地质勘探钻井施工中，必须使用合理配比的“泥浆”作为冲洗循环介质。泥浆在整个施工过程中的作用是：控制和平衡地层压力以稳定孔壁，粘结护壁以降低孔壁坍塌率；冷却和润滑钻具以延长钻具使用寿命；悬浮和携带钻渣以清洁钻孔和钻头刃具并提高钻进效率；高压泥浆孔底喷射以提高钻孔效率和导向能力；降低钻头切削土体时所需的扭矩以及减小钻进和拖管时的阻力；提供所钻地层的相关信息。

在水平定向钻进、地质勘探钻井等相关领域中，泥浆不仅在复杂地层保护孔壁中起到关键的作用，而且在排渣、冷却、润滑、水力导向等诸多方面也作用重大。例如，中国专利文献CN 2656614Y公开一种“新型的泥浆搅拌系统”，该系统由汽油机、水泵、搅拌罐、下部喷管装置、罐顶部喷管装置、回水胶管、进水胶管、快速接头、Y型过滤器、弯头、进料塑料软管、加水口组成，下部喷管装置固定在搅拌罐的侧面，对搅拌罐内的混合液不断搅拌，Y型过滤器固定在弯头上，对系统的混合液不停地过滤，灌顶部喷管装置固定在搅拌罐的上面，一方面对搅拌罐内的混合液不断搅拌，另一方面在系统循环的同时通过灌顶部喷管装置内的喷管与文丘里喷嘴而形成的负压，经进料塑料软管将膨润土自动吸入搅拌罐内。该系统在制浆快速，自动化程度高。又如，中国专利文献CN202012314U公开一种“混浆装置”，其包括漏斗、蝶阀、喷嘴、混浆罐，漏斗、蝶阀、混浆罐由上至下依次连接，混浆罐侧面设有喷嘴。使用时，分别从漏斗和喷嘴向混浆罐内注入化学物质和清水，使混浆罐内形成真空，配制成需要的泥浆。该装置结构简单、不易形成沉积、移动方便。

然而，上述的制浆、混浆系统均未对泥浆的综合性能参数方面做研究，也反应了目前国内相关行业对泥浆的合理应用重视程度不够，缺乏现场科学配制泥浆的技术手段，往往造成施工效率低、成孔质量差、孔壁坍塌以致工程失败等严重后果。

实际上要求泥浆具有优越的综合性能参数，应该严格体现在泥浆的密度、粘度、切力、失水量、润滑性等各项参数在现场实时使用时与相应施工地质环境和工艺条件的匹配。然而，目前行业内现场制备泥浆的方法仅限于无实时自动检测的混配和搅拌，即便部分条件下可能附加有几项单独指标的仪器测试，但也因标准不当、指标项目或缺、操作繁琐费时、测-调衔接不紧凑、人为误差大、检测效率低，而使得由此泵入钻孔中的泥浆均匀性较差，真实性能参数往往与要求相差甚大。故对症下药地设计研发能在现场定量、实时测试与智能分析、科学拌配的泥浆混配系统，是中国钻探技术今后发展的必然趋向之一。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统及检测方法，能够实现现场精确、高效、便捷地混配泥浆，并显示记录泥浆的性能参数，真正实现了泥浆配制科学化和性能定量化，大大改进了钻进泥浆现场应用的技术，可以显著提高施工效率，保证施工质量和安全，降低施工成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，包括：泥浆混配系统以及泥浆性能智能检测系统，所述泥浆性能智能检测系统包括：泥浆密度检测模块、泥浆流变性检测模块、泥浆润滑性检测模块和显示控制器，且所述的各模块与所述显示控制器通过有线或者无线方式连接，所述显示控制器带有泥浆失水量检测模块。

进一步的，所述泥浆混配系统包括用于盛装泥浆的搅拌罐，以及用于将搅拌罐内的泥浆吸出并排回搅拌罐的泥浆自循环系统、用于将搅拌罐内泥浆吸出并经加料后排回搅拌罐的泥浆加料循环系统、用于将搅拌罐内的泥浆搅拌均匀的泥浆搅拌系统。

进一步的，所述搅拌罐的内部设置检测柱，所述显示控制器设于所述搅拌罐的外部，所述检测柱的内部设置电路模块，所述电路模块分别连接所述泥浆密度检测模块、所述泥浆流变性检测模块、所述泥浆润滑性检测模块，用以接受并处理所述的各模块检测结果，所述检测柱与所述显示控制器通过有线或者无线方式连接，以使所述电路模块通信连接所述显示控制器，用以将经过处理后的检测结果进行再次处理、显示和储存。

进一步的，所述检测柱垂直于所述搅拌罐的底部设置，所述泥浆密度检测模块包括位于泥浆中且垂直于检测柱设置的多个压力传感器，所述多个压力传感器在竖直面上呈间隔设置，用以测量各压力传感器所在深度的泥浆压力值，所述检测柱内设置用于将测得的泥浆压力值换算成泥浆密度值的第一处理电路，所述第一处理电路通信连接所述显示控制器。

进一步的，所述泥浆流变性检测模块包括设于所述搅拌罐内可调速的潜水电机和一端开口的外筒，所述电机的输出轴连接所述外筒的封口端，所述外筒的开口端内部与其同心的套设内筒，且所述外筒与所述内筒之间具有环形空间，所述内筒设有内筒轴，所述内筒轴第一端伸入所述内筒的内部，所述内筒轴的第二端通过轴承连接电子仓座，且所述内筒轴的第二端固定连接有转矩传感器，所述转矩传感器通过电子仓座上的电子仓与所述检测柱内的第二处理电路连接，所述电机的控制端与检测柱内的驱动电路连接，所述第二处理电路、所述驱动电路均通信连接所述显示控制器。

进一步的，所述泥浆润滑性检测模块包括设于搅拌罐内的恒速潜水电机，所述电机的输出轴连接摩擦副，所述摩擦副的外围与其相接触的套设夹块，所述夹块端部连接有支撑座，所述支撑座设有支撑轴，所述支撑轴第一端伸入所述支撑座的内部，所述支撑轴的第二端通过轴承连接电子仓座，且所述支撑轴的第二端固定连接有扭矩传感器，所述扭矩传感器通过电子仓座上的电子仓与所述检测柱内的第三处理电路连接，所述电机的控制端与检测柱内的驱动电路连接，所述第三处理电路、所述驱动电路均通信连接所述显示控制器。

进一步的，所述泥浆自循环系统包括设置在搅拌罐一侧的第一电机，所述第一电机的输出轴连接自吸泵的控制端，所述自吸泵的进水口依次通过吸水硬管、第一蝶阀、第一软管与所述搅拌罐的吸水口连接，以实现自吸泵的吸水，所述自吸泵的出水口依次连接有出水硬管和第一三通管，所述第一三通管的第一出口依次通过第二蝶阀、第一硬弯管、第二软管与所述搅拌罐的自循环出水口连接。

进一步的，所述第一三通管的第二出口依次通过第三蝶阀、第二硬弯管、第二三通管、第三硬弯管、第三软管与所述搅拌罐的进料水口连接，所述第二三通管的用于连接第二硬弯管的第一连接端的内部设置射吸管，所述第二三通管的用于连接第三硬弯管的第二连接端的内部设置盛份器，所述第二三通管的第三连接端通过第四蝶阀与料斗连接。

进一步的，所述泥浆搅拌系统包括设于所述搅拌罐顶部的第二电机、与第二电机连接的减速机、由第二电机及减速机驱动的泥浆搅拌器，所述泥浆搅拌器由搅拌罐顶部竖直向下延伸入其内部，所述泥浆搅拌器底部与所述搅拌罐底部之间设有用于在泥浆搅拌器转动时起扶正作用的扶正套。

进一步的，所述泥浆混配系统还包括排渣系统，所述排渣系统包括设置于所述搅拌罐的一侧底部的排水口，且所述排水口处装有第五蝶阀。

一种泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，包括如下步骤，

步骤一：通过泥浆密度检测模块检测泥浆密度参数，通过泥浆流变性检测模块检测泥浆粘度及切力参数，通过泥浆润滑性检测模块检测泥浆的润滑性参数；

步骤二：将各模块的检测结果通过通信技术传输至显示控制器，由显示控制器进行数据显示及存储，同时，上述的检测结果被捆绑打包，集中传输至泥浆失水量检测模块，经过实验理论计算分析得出泥浆失水量参数，并将该数据进行数据显示及储存。

进一步的，在步骤二中，各模块的检测结果通过所述的检测柱内的电路模块传输至显示控制器。

更进一步的，所述泥浆密度检测模块检测泥浆密度参数时，首先通过设于泥浆中的多个压力传感器测试出各自所在深度的泥浆压力值，并转换为数字量传输至检测柱内的第一处理电路处理，计算出固定深度间隔的压强差△P，通过公式△P＝ρgΔh，从而计算出泥浆的密度，获取泥浆密度的实时数据包。

更进一步的，所述泥浆流变性检测模块检测泥浆粘度及切力参数时，被测泥浆处于同心的内筒和外筒的环形空间内，通过显示控制器控制检测柱内的驱动电路，实现调速电机变两速：600r/min和300r/min，对应的速度阶梯或剪切速率分别为1022s^-1和511s^-1，外筒通过调速电机驱动旋转，外筒通过被测泥浆对内筒产生转矩，通过转矩传感器收集并传输至检测柱内的第二处理电路处理，使内筒旋转相应角度，分别反映在刻度盘的表针读数θ₆₀₀、θ₃₀₀，根据牛顿定律，该转角的大小与泥浆的粘度成正比，根据如下公式计算出泥浆的粘度及切力，从而获取泥浆粘度及切力的实时数据包：

表观粘度：

${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{\τ}}{\mathrm{\γ}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}}{1022}=\frac{{0.511\mathrm{\θ}}_{600}}{1022}=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}(\mathrm{mPa}\·s);$

塑性粘度：

${\mathrm{\μ}}_p=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}-{\mathrm{\τ}}_{300}}{{\mathrm{\γ}}_{600}-{\mathrm{\γ}}_{300}}=\frac{0.511({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})}{1022-511}=({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)$

$={\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300}(\mathrm{mPa}\·s);$

切力：

τ₀＝τ-μ_pγ＝τ₆₀₀-μ_pγ₆₀₀＝0.511θ₆₀₀-(θ₆₀₀-θ₃₀₀)×10^-3×1022＝0.511(2θ₃₀₀-θ₆₀₀)Pa；

式中：θ₆₀₀—600r/min  时刻度盘的表针读数；θ₃₀₀—300r/min  时刻度盘的表针读数；τ—剪切应力，Pa；γ—剪切速率，s^-1；η_a—表观粘度，mPa﹒s；μ_p—塑性粘度，mpa﹒s；τ_o—动切力，Pa。

更进一步的，所述泥浆润滑性检测模块检测泥浆的润滑性参数时，通过显示控制器控制检测柱内的驱动电路，实现恒速电机驱动摩擦副匀速旋转，夹块克服与摩擦副之间原本存在的预压力而产生轴向扭矩，通过扭矩传感器收集并传输至检测柱内的第三处理电路处理，根据公式：F＝up；式中：F---摩擦力，N；p---摩擦面上的垂直作用力,N；u---摩阻系数，计算出摩擦副与夹块接触面的摩阻系数，用以表示泥浆的润滑性，从而获取泥浆润滑性的实时数据包。

相比现有技术，本发明的有益效果：本发明通过将泥浆混配系统与泥浆性能参数检测系统相结合，在混配泥浆的同时对泥浆的密度、粘度、切力、润滑性和失水量进行实时检测，并根据检测结果对泥浆混配工作进行实时调整和控制，能够使泥浆具有优越的综合性能参数，真正实现了泥浆配制科学化和性能定量化，大大改进了钻进泥浆现场应用的技术，可以显著提高施工效率，保证施工质量和安全，降低施工成本；本发明革新了以往均匀性差、指标参数不清、效率低的泥浆混配系统，得出一种更适合钻进施工工况的新型泥浆混配系统，可以大大提高工程施工质量和效率，降低工程事故发生率，给相关行业的施工提供先进、便利的技术手段，具有显著的经济和社会效益前景。

附图说明

图1为实施例所述的泥浆混配系统的结构示意图；

图2为图1中所示的泥浆混配系统的侧视示意图；

图3为实施例所述的泥浆性能参数检测系统的结构示意图；

图4为实施例所述的泥浆性能参数检测系统的工作原理图；

图5为泥浆粘度与切力检测原理图；

图6为泥浆润滑性检测原理图。

图中：

1、搅拌罐；2、第一电机；3、自吸泵；4、吸水硬管；5、第一蝶阀；6、第一软管；7、吸水口；8、出水硬管；9、第一三通管；10、第二蝶阀；11、第一硬弯管；12、第二软管；13、自循环出水口；14、第三蝶阀；15、第二硬弯管；16、第二三通管；17、第三硬弯管；18、第三软管；19、进料水口；20、第四蝶阀；21、料斗；22、第二电机；23、减速机；24、搅拌器；25、扶正套；26、排水口；27、射吸管；28、盛份器；

101、检测柱；102、第一压力传感器；103、泥浆；104、泥浆流变性检测模块；105、泥浆润滑性检测模块；106、显示控制器；107、调速电机；108、第一联轴器；109、第一转动轴；110、外筒；111、内筒；112、内筒轴；113、转矩传感器；114、第一电子仓座；115、第一电子仓；116、恒速电机；117、摩擦副；118、夹块；119、支撑座；120、支撑轴；121、扭矩传感器；122、第二压力传感器；123、第三压力传感器；124、第二电子仓座；125、第二电子仓；126、第二联轴器；127、第二转动轴。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1～6所示，一种具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，包括：泥浆混配系统以及泥浆性能智能检测系统，两者有机的结合，方便现场使用。

其中，泥浆混配系统包括用于盛装泥浆的搅拌罐1，以及用于将搅拌罐1内的泥浆吸出并排回搅拌罐的泥浆自循环系统、用于将搅拌罐1内泥浆吸出并经加料后排回搅拌罐的泥浆加料循环系统、用于将搅拌罐1内的泥浆搅拌均匀的泥浆搅拌系统和排渣系统。

参见图1、图2所示，本实施例的搅拌罐1选用12m3的搅拌系统水箱，在搅拌罐1一侧的底座上设置有第一电机2，第一电机2的输出轴通过联轴器连接自吸泵3的控制端，自吸泵3的进水口依次通过吸水硬管4、第一蝶阀5、第一软管6与搅拌罐1的吸水口7连接，以实现自吸泵3的吸水；自吸泵3的出水口依次连接有出水硬管8和第一三通管9，第一三通管9的第一出口依次通过第二蝶阀10、第一硬弯管11、第二软管12与搅拌罐1的自循环出水口13连接。

第一三通管9的第二出口依次通过第三蝶阀14、第二硬弯管15、第二三通管16、第三硬弯管17、第三软管18与搅拌罐1的进料水口19连接，第二三通管16的用于连接第二硬弯管15的第一连接端的内部设置射吸管27，第二三通管16的用于连接第三硬弯管17的第二连接端的内部设置盛份器28，第二三通管16的第三连接端通过第四蝶阀20与料斗21连接。

混配系统运行时，若开启第一蝶阀5和第二蝶阀10，同时关闭第三蝶阀14，此时泥浆自循环系统工作，实现泥浆自循环运行模式，泥浆从吸水口7吸出，从自循环出水口13排回搅拌罐1，其间没有任何添加介质；若开启第一蝶阀5和第三蝶阀14，同时关闭第二蝶阀10，此时泥浆加料循环系统工作，实现泥浆加料循环运行模式，泥浆从吸水口7吸出，完全通过射吸管27和盛份器28组合的射吸装置，在料斗21的底部产生真空负压，让大气压强把膨润土等添加介质压入射吸装置，从而伴随泥浆源源不断进入搅拌罐1，进入循环系统的添加介质再通过泥浆搅拌系统的搅拌，从而达到均匀混合，科学配比的设计目的。

泥浆搅拌系统包括设于搅拌罐1顶部的第二电机22、与第二电机22连接的减速机23、由第二电机22及减速机23驱动的泥浆搅拌器24，搅拌器24由搅拌罐1顶部竖直向下延伸入其内部，搅拌器24底部与搅拌罐1底部之间设有用于在泥浆搅拌器转动时起扶正作用的扶正套25。搅拌工作开始时，第二电机22启动，经减速机23减速，驱动搅拌器24在搅拌罐1内进行转动搅拌，在扶正套25的扶正作用下稳定运行，科学高效的完成对新配泥浆的均匀搅拌工作。

排渣系统包括设置于搅拌罐1的一侧底部的排水口26，且排水口26处装有第五蝶阀，科学、合理的人性化设计轻松、便捷、高效的实现了泥浆混配系统的排渣和检修工作。

混配系统中的每个软、硬管连接处均设有卡箍加固，能有效的防止连接处漏水；第一蝶阀5、第二蝶阀10、第三蝶阀14、第四蝶阀20、第五蝶阀均采用手动对夹式蝶阀；第一电机2和第二电机22均采用三相异步电动机。

参见图3、图4所示，泥浆性能智能检测系统包括：泥浆密度检测模块、泥浆流变性检测模块104、泥浆润滑性检测模块105和显示控制器106，且所述的各模块通过设置于搅拌罐1内的检测柱101的电路模块与显示控制器106连接，显示控制器内设置泥浆失水量检测模块。通过泥浆密度检测模块检测被测泥浆的密度，通过泥浆流变性检测模块104检测被测泥浆的粘度和切力，通过泥浆润滑性检测模块105检测被测泥浆的润滑性，并将上述的检测结果通过通信技术传输至显示控制器106，用以实时显示及储存上述的各检测结果，同时根据上述的检测结果推算出泥浆的失水量，并进行数据的显示和储存。显示控制器106采用单片机作为检测记录、控制显示接口、控制存储接口的核心部件，采用液晶显示器（或数码管）作为检测数值和临界提示的直接显示部件，显示控制器106还设置有USB接口，用于连接外部设备，例如，可以与专家系统连接指导施工。

参见图3所示，搅拌罐1内垂直于其底部设置有检测柱101，在泥浆103中且垂直于检测柱设置有三个压力传感器，三个压力传感器在竖直面上呈间隔设置，由上至下依次为第一压力传感器102、第二压力传感器122、第三压力传感器123，分别用以测量各自所在深度的压力值，检测柱101内设置第一处理电路，用以收集各压力值，并根据公式P＝ρgh，计算出固定深度间隔的压强差△P；通过△P＝ρgΔh，从而计算出泥浆103的密度，从而将测得的压力值换算成密度值，获取泥浆103密度的实时数据包A。本实施例的密度测试：采用液体压强测试原理，将压力传感器置于泥浆罐中固定深度位置，检测其上部泥浆的密度；密度测试范围0.5～2.0g/cm³，精度不低于0.5%。

参见图3、图5所示，泥浆流变性检测模块104设于搅拌罐1内，包括潜水密封调速电机107和一端开口的外筒110，调速电机107的输出轴通过第一联轴器108连接第一转动轴109的一端，第一转动轴109的另一端螺纹连接外筒110的封口端，外筒110的开口端内部与其同心的套设内筒111，外筒110与内筒111之间具有环形空间，内筒111设有内筒轴112，内筒轴112第一端伸入内筒111的内部，内筒轴112的第二端通过轴承连接第一电子仓座114，且内筒轴112的第二端固定连接有转矩传感器113，转矩传感器113通过电子仓座上的第一电子仓115与检测柱101内的第二处理电路连接，调速电机107的控制端与检测柱101内的驱动电路连接，驱动电路通信连接显示控制器106。被测泥浆处于两个同心圆筒间的环形空间内，调速电机107控制外筒110旋转，外筒110通过被测泥浆作用于内筒111产生一个转矩，通过转矩传感器113收集并传输至检测柱101内的第二处理电路处理，使内筒111旋转一个相应角度，根据牛顿定律，该转角的大小与泥浆的粘度成正比，于是泥浆粘度的测量转为内筒111转角的测量。本实施例中，显示控制器106控制检测柱101内的驱动电路，实现调速电机107变两速：600r/min和300r/min，对应的速度阶梯或剪切速率分别为1022s^-1和511s^-1，对应的内筒111转角分别反映在刻度盘的表针读数θ₆₀₀、θ₃₀₀，根据如下公式计算出泥浆的粘度及切力，从而获取泥浆粘度及切力的实时数据包B：

表观粘度：

${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{\τ}}{\mathrm{\γ}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}}{1022}=\frac{{0.511\mathrm{\θ}}_{600}}{1022}=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}(\mathrm{mPa}\·s);$

塑性粘度：

${\mathrm{\μ}}_p=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}-{\mathrm{\τ}}_{300}}{{\mathrm{\γ}}_{600}-{\mathrm{\γ}}_{300}}=\frac{0.511({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})}{1022-511}=({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)$

$={\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300}(\mathrm{mPa}\·s);$

切力：

τ₀＝τ-μ_pγ＝τ₆₀₀-μ_pγ₆₀₀＝0.511θ₆₀₀-(θ₆₀₀-θ₃₀₀)×10^-3×1022＝0.511(2θ₃₀₀-θ₆₀₀)Pa；

式中：θ₆₀₀—600r/min  时刻度盘的表针读数；θ₃₀₀—300r/min  时刻度盘的表针读数；τ—剪切应力，Pa；γ—剪切速率，s^-1；η_a—表观粘度，mPa﹒s；μ_p—塑性粘度，mPa﹒s；τ_o—动切力，Pa。

本实施例中粘度及切力测试：采用同心内外筒相对旋转原理，测试泥浆罐内该仪器内、外筒圆环中泥浆粘度与切力；粘度测试范围1～55mPa·s，精度不低于2.5%；切力测试范围0.5～20Pa，精度不低于2.5%。

参见图3、图6所示，泥浆润滑性检测模块105设于搅拌罐1内，包括潜水密封恒速电机116，恒速电机116的输出轴通过第二联轴器126连接第二转动轴127的一端，第二转动轴127的另一端连接摩擦副117，摩擦副117的外围与其相接触的套设夹块118，夹块118端部连接有支撑座119，支撑座119设有支撑轴120，支撑轴120第一端伸入支撑座119的内部，支撑轴120的第二端通过轴承连接第二电子仓座124，且支撑轴120的第二端固定连接有扭矩传感器121，扭矩传感器121通过电子仓座上的第二电子仓125与检测柱101内的第三处理电路连接，恒速电机116的控制端与检测柱101内的驱动电路连接，驱动电路通信连接显示控制器106。

当一个物体在另一个物体表面做平行滑动时，就会产生一个摩擦力，其大小与作用在摩擦面上的作用力成正比。即：F＝up

式中：F---摩擦力,N；

p---摩擦面上的垂直作用力,N；

u---摩阻系数。

其中，摩阻系数u，不但与接触物体的质料及表面状况有关，而且与相对运动速度的大小有关。泥浆润滑性检测模块就是在固定压力（p）下，通过测定在润滑剂形成“液膜”后摩擦力大小，测试摩阻系数u的值，用来表示润滑剂泥浆的润滑性。其工作过程：通过恒速电机116带动转动轴以设定速度匀速转动，带动摩擦副117旋转；由于摩擦副117和夹块118之间存在设定的压力，夹块118受摩擦力产生轴向扭矩，带动其同轴的扭矩传感器121，从而输出测量信号，由第三处理电路处理后获得泥浆润滑性数据包C。本实施例中润滑系数测试：采用接触金属环相对转动扭矩-驱动电流关系法测试搅拌罐中泥浆的润滑系数；润滑系数测试范围：0.03～0.75，精度不低于3.5%。

显示控制器106设于搅拌罐1的一侧外壁，显示控制器106与检测柱101有线连接，实现第一处理电路、第二处理电路、第三处理电路通信连接显示控制器，以将数据包A、数据包B、数据包C进行捆绑，通过通信技术传输至显示控制器106，显示控制器106将捆绑的数据解压，泥浆失水量检测模块通过实验理论计算分析得出泥浆的失水量，本实施例中失水量测试：采用密度、粘度、切力三参数综合法组合计算泥浆罐中泥浆的失水量；失水量测试范围：1～35mL/30min，精度不低于5.0%，然后将各项对应参数进行显示，同时对数据进行存储。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，包括：泥浆混配系统以及泥浆性能智能检测系统，所述泥浆性能智能检测系统包括：泥浆密度检测模块、泥浆流变性检测模块、泥浆润滑性检测模块和显示控制器，且所述的各模块与所述显示控制器通过有线或者无线方式连接，所述显示控制器带有泥浆失水量检测模块。

2.根据权利要求1所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆混配系统包括用于盛装泥浆的搅拌罐，以及用于将搅拌罐内的泥浆吸出并排回搅拌罐的泥浆自循环系统、用于将搅拌罐内泥浆吸出并经加料后排回搅拌罐的泥浆加料循环系统、用于将搅拌罐内的泥浆搅拌均匀的泥浆搅拌系统。

3.根据权利要求2所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述搅拌罐的内部设置检测柱，所述显示控制器设于所述搅拌罐的外部，所述检测柱的内部设置电路模块，所述电路模块分别连接所述泥浆密度检测模块、所述泥浆流变性检测模块、所述泥浆润滑性检测模块，用以接受并处理所述的各模块检测结果，所述检测柱与所述显示控制器通过有线或者无线方式连接，以使所述电路模块通信连接所述显示控制器，用以将经过处理后的检测结果进行再次处理、显示和储存。

4.根据权利要求3所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述检测柱垂直于所述搅拌罐的底部设置，所述泥浆密度检测模块包括位于泥浆中且垂直于检测柱设置的多个压力传感器，所述多个压力传感器在竖直面上呈间隔设置，用以测量各压力传感器所在深度的泥浆压力值，所述检测柱内设置用于将测得的泥浆压力值换算成泥浆密度值的第一处理电路，所述第一处理电路通信连接所述显示控制器。

5.根据权利要求3所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆流变性检测模块包括设于所述搅拌罐内可调速的潜水电机和一端开口的外筒，所述电机的输出轴连接所述外筒的封口端，所述外筒的开口端内部与其同心的套设内筒，且所述外筒与所述内筒之间具有环形空间，所述内筒设有内筒轴，所述内筒轴第一端伸入所述内筒的内部，所述内筒轴的第二端通过轴承连接电子仓座，且所述内筒轴的第二端固定连接有转矩传感器，所述转矩传感器通过电子仓座上的电子仓与所述检测柱内的第二处理电路连接，所述电机的控制端与检测柱内的驱动电路连接，所述第二处理电路、所述驱动电路均通信连接所述显示控制器。

6.根据权利要求3所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆润滑性检测模块包括设于搅拌罐内的恒速潜水电机，所述电机的输出轴连接摩擦副，所述摩擦副的外围与其相接触的套设夹块，所述夹块端部连接有支撑座，所述支撑座设有支撑轴，所述支撑轴第一端伸入所述支撑座的内部，所述支撑轴的第二端通过轴承连接电子仓座，且所述支撑轴的第二端固定连接有扭矩传感器，所述扭矩传感器通过电子仓座上的电子仓与所述检测柱内的第三处理电路连接，所述电机的控制端与检测柱内的驱动电路连接，所述第三处理电路、所述驱动电路均通信连接所述显示控制器。

7.根据权利要求2～6任一项所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆自循环系统包括设置在搅拌罐一侧的第一电机，所述第一电机的输出轴连接自吸泵的控制端，所述自吸泵的进水口依次通过吸水硬管、第一蝶阀、第一软管与所述搅拌罐的吸水口连接，以实现自吸泵的吸水，所述自吸泵的出水口依次连接有出水硬管和第一三通管，所述第一三通管的第一出口依次通过第二蝶阀、第一硬弯管、第二软管与所述搅拌罐的自循环出水口连接。

8.根据权利要求7所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述第一三通管的第二出口依次通过第三蝶阀、第二硬弯管、第二三通管、第三硬弯管、第三软管与所述搅拌罐的进料水口连接，所述第二三通管的用于连接第二硬弯管的第一连接端的内部设置射吸管，所述第二三通管的用于连接第三硬弯管的第二连接端的内部设置盛份器，所述第二三通管的第三连接端通过第四蝶阀与料斗连接。

9.根据权利要求2～6任一项所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆搅拌系统包括设于所述搅拌罐顶部的第二电机、与第二电机连接的减速机、由第二电机及减速机驱动的泥浆搅拌器，所述泥浆搅拌器由搅拌罐顶部竖直向下延伸入其内部，所述泥浆搅拌器底部与所述搅拌罐底部之间设有用于在泥浆搅拌器转动时起扶正作用的扶正套。

10.根据权利要求2～6任一项所述的具有性能参数智能检测功能的泥浆混配系统，其特征在于，所述泥浆混配系统还包括排渣系统，所述排渣系统包括设置于所述搅拌罐的一侧底部的排水口，且所述排水口处装有第五蝶阀。

11.一种泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：通过泥浆密度检测模块检测泥浆密度参数，通过泥浆流变性检测模块检测泥浆粘度及切力参数，通过泥浆润滑性检测模块检测泥浆的润滑性参数；

步骤二：将各模块的检测结果通过通信技术传输至显示控制器，由显示控制器进行数据显示及存储，同时，上述的检测结果被捆绑打包，集中传输至泥浆失水量检测模块，经过实验理论计算分析得出泥浆失水量参数，并将该数据进行数据显示及存储。

12.根据权利要求11所述的泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，其特征在于，在步骤二中，各模块的检测结果通过权利要求3所述的检测柱内的电路模块传输至显示控制器。

13.根据权利要求12所述的泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，其特征在于，所述泥浆密度检测模块检测泥浆密度参数时，首先通过设于泥浆中的多个压力传感器测试出各自所在深度的泥浆压力值，并转换为数字量传输至检测柱内的第一处理电路处理，计算出固定深度间隔的压强差△P，通过公式△P＝ρgΔh，从而计算出泥浆的密度，获取泥浆密度的实时数据包。

14.根据权利要求12所述的泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，其特征在于，所述泥浆流变性检测模块检测泥浆粘度及切力参数时，被测泥浆处于同心的内筒和外筒的环形空间内，通过显示控制器控制检测柱内的驱动电路，实现调速电机变两速：600r/min和300r/min，对应的速度阶梯或剪切速率分别为1022s^-1和511s^-1，外筒通过调速电机驱动旋转，外筒通过被测泥浆对内筒产生转矩，通过转矩传感器收集并传输至检测柱内的第二处理电路处理，使内筒旋转相应角度，分别反映在刻度盘的表针读数θ₆₀₀、θ₃₀₀，根据牛顿定律，该转角的大小与泥浆的粘度成正比，根据如下公式计算出泥浆的粘度及切力，从而获取泥浆粘度及切力的实时数据包：

表观粘度：

${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{\τ}}{\mathrm{\γ}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}}{1022}=\frac{{0.511\mathrm{\θ}}_{600}}{1022}=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)=\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{600}(\mathrm{mPa}\·s);$

塑性粘度：

${\mathrm{\μ}}_p=\frac{{\mathrm{\τ}}_{600}-{\mathrm{\τ}}_{300}}{{\mathrm{\γ}}_{600}-{\mathrm{\γ}}_{300}}=\frac{0.511({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})}{1022-511}=({\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300})\×{10}^{-3}(\mathrm{Pa}\·s)$

$={\mathrm{\θ}}_{600}-{\mathrm{\θ}}_{300}(\mathrm{mPa}\·s);$

切力：

τ₀＝τ-μ_pγ＝τ₆₀₀-μ_pγ₆₀₀＝0.511θ₆₀₀-(θ₆₀₀-θ₃₀₀)×10^-3×1022＝0.511(2θ₃₀₀-θ₆₀₀)Pa；

式中：θ₆₀₀—600r/min  时刻度盘的表针读数；θ₃₀₀—300r/min  时刻度盘的表针读数；τ—剪切应力，Pa；γ—剪切速率，s^-1；η_a—表观粘度，mPa﹒s；μ_p—塑性粘度，mPa﹒s；τ_o—动切力，Pa。

15.根据权利要求12所述的泥浆混配系统的泥浆性能参数的检测方法，其特征在于，所述泥浆润滑性检测模块检测泥浆的润滑性参数时，通过显示控制器控制检测柱内的驱动电路，实现恒速电机驱动摩擦副匀速旋转，夹块克服与摩擦副之间原本存在的预压力而产生轴向扭矩，通过扭矩传感器收集并传输至检测柱内的第三处理电路处理，根据公式：F＝up；式中：F---摩擦力，N；p---摩擦面上的垂直作用力,N；u---摩阻系数，计算出摩擦副与夹块接触面的摩阻系数，用以表示泥浆的润滑性，从而获取泥浆润滑性的实时数据包。

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