CN102918379A - 自动化钻井液分析器 - Google Patents

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Abstract

一种自动钻井液性质分析器，包括：外壳，其具有入口和出口；至少一个阀门，其安置于靠近所述入口处并且被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中；电子控制模块，其被构造成发送信号到所述至少一个阀门；探头组合件，其操作性地连接到所述电子控制模块，所述探头组合件包括电极探头，该电极探头具有两个电极和介于两个电极之间的探头间隙；粘度计套筒，其安置于所述外壳中；测锤(bob)，其安置于所述套筒中，其中在所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。

Description

自动化钻井液分析器
发明背景
技术领域
本文所公开的实施方案涉及一种用来测量钻井液的电稳定性的自动化仪表。更具体来说，本文所公开的实施方案涉及一种用于测定粘度、胶凝强度和/或电稳定性的钻井液分析器。又更具体来说，本文所公开的实施方案涉及用于测定钻井液的粘度、胶凝强度和/或电稳定性的方法和系统，包括自动控制和远程控制。
背景技术
在钻探油井和/或天然气井时，常常使用油基钻井液来冷却钻头、去除岩屑和控制地下液体。可以测量这种液体的各种性质来计算出有用的结果。举例来说，通常使用电稳定性(ES)测试来测量钻井液的电稳定性这一性质。ES测试通常是手动测试，由泥浆工程师或同等的技术人员执行。按照惯例，在执行ES测试时，将包括两个圆平电极的探头插入钻井液中，所述圆平电极直径1/8英寸，两个面之间间隔1/16英寸。含有非水性液体、水（或其它极性液体）、粘土和其它材料的钻井液填充所述测试探头的两个电极之间的间隙。电线从探头接到信号产生器和测量仪表，使电极之间的电压斜线上升，直到液体的成分对齐而形成短路桥为止。当发生短路时，电极之间的电流立即突升。具体来说，在出现峰值电流（大约61μA）之前，340Hz的AC电压以150V s-1的速率斜线上升。在此阶段，通过仪表来捕获峰值电压（也称为击穿电压(VBD)）。对于上文所描述的探头的几何形状，在电流61μA处出现击穿电压。击穿电压是指当钻井液的电学性质变得依赖于电场时所处的电压，而且是当钻井液的导电性变成非欧姆时所处的电压。因此，击穿电压涉及乳化稳定性，并被用来计算钻井液的乳化稳定性和其它性质。
通常，为了使用上文的手动探头方法来测量钻井液的电稳定性，钻井液和相关液体需保持静止，因为钻井液中液体的移动和转移可能导致由电极测量并由仪表记录的测量值发生偏差。另外，在使用上文所描述的手动探头方法时，在每一次测量取样之后，手动地清洗电极以及介于探头的电极之间的间隙。
除了测量电稳定性之外，钻井机具操作者可以执行测试来测定粘度。通常，使用诸如马氏(Marsh)漏斗粘度计的仪器来执行这些测量。马氏漏斗是手动操作的测量装置，其向钻井操作者提供有关特定液体的粘度的一般概念。在使用时，垂直地握持漏斗，并通过用手指覆盖出口来封闭端管。接着将待测量的液体倒入漏斗中，直至液体到达指示约1.5公升的线为止。要开始测量时，将手指从出口处移开，并开启秒钟。液体离开漏斗，并且记录从漏斗中去除一夸脱(quart)的液体所用的时间。在体积和排放时间已知的情况下，可以计算出粘度。
虽然这些测量技术给予操作者有关粘度的一般概念，但由于是手动实施，结果可能不一定精确。另外，并未真正得知井底液体的粘度，因为在压力之下无法加热或测量液体。
除了电稳定性和粘度之外，也可以测定液体的胶凝强度。胶凝强度是测量液体保持悬浮颗粒的能力，而且胶凝强度是使用同心圆筒式粘度计来测量的。胶凝强度也可以手动测量，并且在调整钻井液的性质时对结果进行分析。
因此，需要一种用于测量钻井液的电稳定性、粘度和/或胶凝强度的自动化方法。另外，需要用于对钻井液进行取样以供适当测量以及对用来测量钻井液的击穿电压的探头的电极进行清洗的改进方法。
发明内容
在一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用于测量液体样品的电稳定性的自动化电稳定性仪表，所述仪表包括：外壳，其具有入口和出口；至少一个阀门，其安置于靠近所述入口处并且被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中；电子控制模块，其被构造成向所述至少一个阀门发送信号；以及探头组合件，其操作性地连接到所述电子控制模块，所述探头组合件包括电极探头，该电极探头具有两个电极和介于两个电极之间的探头间隙。
在另一方面，本文中公开的实施方案涉及一种自动化粘度计，其包括：外壳，其具有入口和出口；粘度计套筒，其安置于所述外壳中；测锤，其安置于所述套筒中，其中在所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。
在另一方面，本文所公开的实施方案涉及一种自动钻井液性质分析器，其包括：外壳，其具有入口和出口；至少一个电磁阀，其安置于靠近所述入口处并且被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中；电子控制模块，其被构造成向所述至少一个电磁阀发送信号；探头组合件，其操作性地连接到所述电子控制模块，所述探头组合件包括电极探头，该电极探头具有两个电极和介于两个电极之间的探头间隙；粘度计套筒，其安置于所述外壳中；测锤，其安置于所述套筒中，其中在所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。
在另一方面，本文所公开的实施方案涉及用于进行自动化钻井液性质分析的计算机辅助方法，所述方法包括在处理器上执行的软件应用程序，所述软件应用程序包括用于进行以下操作的指令：从有源液体系统传送钻井液；用所述钻井液填充样品池；引导所述液体使其穿过电探头，其中所述电探头包括介于两个电极之间的探头间隙；在所述探头间隙两端施加电压；至少部分地基于所施加的电压来测定所述钻井液的电稳定性；将所述钻井液从所述样品池传送到所述有源液体系统；以及清洗所述样品池。
在另一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用于进行自动化钻井液性质分析的计算机辅助方法，所述方法包括在处理器上执行的软件应用程序，所述软件应用程序包括用于进行以下操作的指令：从有源液体系统传送钻井液；用所述钻井液填充样品池；引导所述样品池中的所述钻井液使其进入介于粘度计的套筒与测锤之间的环形域中；旋转所述套筒和所述测锤中的至少一个；基于对所述套筒和所述测锤中的所述至少一个的旋转来测定所述钻井液的粘度和胶凝强度中的至少一个；将所述钻井液从所述样品池传送到所述有源液体系统；以及清洗所述样品池。
在另一方面，本文所公开的实施方案涉及用于控制自动钻井液性质分析器的计算机辅助方法，所述方法包括在处理器上执行的软件应用程序，所述软件应用程序包括用于进行以下操作的指令：从远程位置向位于钻井位置处的所述钻井液性质分析器发送控制信号；验证所述控制信号被所述钻井液分析器接收到；从所述钻井液分析器接收数据；处理从所述钻井液分析器接收到的所述数据；以及测定所述钻井液性质分析器中的钻井液的粘度、胶凝强度和电稳定性中的至少一个。
本发明的其它方面和优点将从以下描述和随附权利要求书而显而易见。
附图说明
图1是根据本文所公开的实施方案的通用自动化液体分析器的示意图。
图2是根据本文所公开的实施方案的自动化电稳定性仪表的局部透视图。
图2B是根据本文所公开的实施方案的自动化电稳定性仪表的俯视图。
图3是根据本文所公开的实施方案的自动化电稳定性仪表的工艺仪器布局图。
图3A和图3B是根据本公开的实施方案的止回阀的横截面图。
图3C是根据本公开的实施方案的止回阀的分解图。
图4是根据本文所公开的实施方案的电稳定性仪表的防护外壳的透视图。
图5是根据本文所公开的实施方案的自动钻井液性质分析器的局部透视图。
图6A和图6B分别是根据本文所公开的实施方案的自动化粘度计的透视图和横截面图。
图7A至图7C是根据本文所公开的实施方案的自动钻井液性质分析器的局部透视图。
图8至图21是根据本公开的实施方案的图形显示。
图22是根据本公开的实施方案的用于分析钻井液的过程的流程图。
图23是根据本公开的实施方案的计算机系统的示意图。
图24是根据本公开的实施方案的XRF液体分析器的示意图。
图25A至图25C是根据本公开的实施方案的XRF分析器的测试室的横截面图。
图26A至图25C是根据本公开的实施方案的XRF分析器的测试室的横截面图。
图27是根据本文所公开的实施方案的组合分析器的工艺仪器布局图。
具体实施方式
一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用来测量钻井液和完井液的乳化稳定性和流变性质的自动化仪表。更具体来说，本文所公开的实施方案涉及钻井液和完井液体的自动分析，其可以远离钻机或测试现场来执行或分析。
本文所公开的实施方案涉及一种用于自动测量基于逆乳化油或基于合成物的液体（即，钻井液和/或完井液）和水基液体的性质的方法和仪器。虽然本文中的公开可能涉及钻井液，但本领域普通技术人员认识到，其它类型的液体（例如，完井液）也可以使用本文所公开的方法和仪器来测试。
参看图1，示出根据本文所公开的实施方案的自动化液体性质分析器10的总体示意图。自动化液体性质分析器10与有源液体系统平齐地放置，并且被构造成从所述系统获取液体样品以供分析。如所示出，自动化液体性质分析器10包括样品池12、阀组(valve block)14和泵16。虽然阀组14被图示成一个单元，但本领域普通技术人员认识到，阀组14可以包括一个或多个阀门，所述一个或多个阀门必要时被配置来使液体能够流进和流出样品池12。电子控制模块18操作性地连接到样品池12、阀组14和泵16，如由虚线指定。一般来说，通过泵16来抽取液体使其穿过阀组14的入口20进入样品池12。泵16可以是（例如）气动泵或容积式泵(positivedisplacement pump)。可以在样品池12中对液体进行测试，和/或使液体循环穿过样品池并穿过阀组14的出口22流出。阀组14也可以包括清洗液入口24，清洗液可以被抽取穿过所述清洗液入口24而进入到样品池12中以用于在对液体进行的多个测试之间清洗样品池12。本领域普通技术人员认识到，可以使用各种液体来清洗样品池12。举例来说，清洗液可以是矿物油、柴油或水，而且可以包括各种化学添加剂，诸如表面活性剂和/或酸。
如下文更详细地论述，样品池12可以包括外壳（未示出），所述外壳被构造成容纳所要体积的液体以供取样和分析。本领域普通技术人员认识到，外壳的容积可以根据所要取样的液体的类型、所要进行的取样所在位置的大小限制以及所要执行的分析的类型而变化。在一些实施方案中，样品池外壳的容积可以在介于0.25L与1.0L的范围内。在一些实施方案中，样品池的容积是0.5L。样品池12可以包括被构造成测定取样到的液体的电稳定性、胶凝强度和粘度中的至少一个的装置或组件，如下文所论述。举例来说，在一个实施方案中，样品池可以包括自动化电稳定性仪表、自动化粘度计或以上两者的组合。
电子控制模块18包括被构造成在样品池12的所述组件、阀组14和泵16之间发送和/或接收信号以自动进行取样和分析处理的电子设备。电子控制模块18可以向阀组14和用于测定样品池12中的样品液体的电稳定性的组件发送周期信号，从而初始化测量读数。电子控制模块18可以被构造成控制测量读数/数据获取之间的时序。本领域技术人员认识到，测量读数的频率可以由除时序以外的因素来决定。举例来说，可以基于被驱动穿过样品池12的钻井液的数量来取样和测量钻井液。或者，可以按需和/或实时地取样和测量钻井液。
在一个或多个实施方案中，经由USB连接器（未示出）来将存储在USB闪存驱动器（未示出）或其它类型的计算机可读媒体或存储装置上的配置文件提供给电子控制模块18。本领域技术人员认识到，也可以使用其它类型的连接器和存储装置。举例来说，可以使用SD卡和相应的SD连接器来存储和载入配置文件。或者，也可以使用硬盘驱动器、软盘驱动器、内部存储器或CD。配置文件可以包括探头波形定义、校准数据以及针对电子控制模块18的自动和手动过程定义。
现在参看图2，示出根据本文所公开的实施方案的用于测量液体样品的电稳定性的自动化电稳定性仪表30。所述自动化电稳定性仪表30包括外壳（未示出），所述外壳被构造成容纳一定体积的待分析的液体。样品液体通过入口32进入外壳，并通过出口34离开外壳。泵（未示出）被构造成在信号从电子控制模块（未示出）发出时抽取样品液体使其进入和离开外壳。
探头组合件36安置于外壳（未示出）中，而且操作性地连接到电子控制模块（未示出）。探头组合件36包括用于测量钻井液的电稳定性和其它性质的电极探头38。电极探头38是叉形探头，其中每一个钳状块上具有两个电极40。两个电极40之间是探头间隙42。当液体填充外壳的容积时，液体被引导穿过探头组合件36的探头间隙42。在探头间隙两端施加电压，以至少部分地基于所施加的电压来测定钻井液的电稳定性。可以用外壳中的同一液体样品进行一系列测量（即，测试程序）。
电稳定性仪表30也可以包括清洗机构44，所述清洗机构44被构造成清洗两个电极40之间的探头间隙42。清洗机构44被构造成去除电极40的表面上或陷在探头间隙42中的所有残余物，以确保随后的液体样品的恰当测试结果。如图2中所示出，清洗机构44可以包括连接到轴48的旋转圆盘46，所述轴48连接到电机50。电机50连接到外壳（未示出）的外表面，而轴48延伸到外壳中靠近探头组合件36。当电机50接收到来自电子控制模块（未示出）的信号时，电机50使轴48旋转，并且因此使圆盘46旋转。圆盘46的宽度大致等于探头间隙42的宽度（即，两个电极40之间的距离）。因此，当圆盘46在电极40之间旋转时，圆盘46将任何遗留的残余物从探头间隙42和电极40去除。电子控制模块（未示出）可以在取样程序与测试程序之间操作清洗机构44。对探头组合件36的清洗可以在预定时间间隔处执行，或者可以由电子控制模块（未示出）单独开启。
圆盘46可以由本领域中已知的能够清洗表面的任何材料形成。在一个实施方案中，圆盘46由柔性材料形成以便防止对电极40造成损伤。圆盘46可以由聚乙烯形成，例如超高分子量聚乙烯(UHMW)或聚四氟乙烯(PTFE)形成。如所示出的，圆盘46包括延伸贯穿圆盘46的宽度的切口或开口52。一旦完成对探头组合件36的清洗，圆盘46便停止旋转而使开口52与探头间隙42对准。因此，将要执行对液体样品的分析，圆盘46的开口52置于电极40之间位于探头间隙42中，以便在电极40之间提供最大体积的样品液体以用于测量液体的电学性质。
位置指示器（未示出）可以连接到电机50或旋转圆盘46。位置指示器（未示出）操作性地连接到电子控制模块（未示出），而且被构造成发送表示旋转圆盘46和开口52的位置的信号。可以将表示旋转圆盘46的位置的信号与用于取样程序和测试程序或清洗程序的圆盘46相对于探头组合件36的位置的预定值进行比较，从而确保开口52与探头组合件36恰当地对准。虽然如所描述的清洗机构44可以包括旋转圆盘46，但本领域普通技术人员认识到，可以在不脱离本文所公开的实施方案的范围的情况下使用其它清洗机构。举例来说，可以使刮水片(wiperblade)旋转进入和离开探头间隙42，启动刮扫器(squeegee)可以擦拭电极40的表面，或者可以在靠近电极处安装喷射器(jet)来用液体（诸如，水、基础油或空气）冲掉电极40上的残余物。
在一些实施方案中，自动化电稳定性仪表30可以包括搅拌器（未示出）。在一个实施方案中，搅拌器可以包括连接到清洗机构44的一个或多个涡轮叶片。举例来说，一个或多个涡轮叶片可以连接到轴48和/或旋转圆盘46。因此，在操作旋转圆盘46时，搅拌器（未示出）的涡轮叶片（未示出）也旋转并且混合外壳内所含有的液体。搅拌器（未示出）的旋转使得外壳中所含有的液体被搅动或混合，并且减少或防止液体中的颗粒沉降或与液体分离。电子控制模块（未示出）可以在取样程序与测试程序之间操作搅拌器（未示出）。对外壳中液体的搅拌可以在预定时间间隔处执行，或者可以由电子控制模块（未示出）单独开启。
热套(thermal jacket)（未示出）安置于自动化电稳定性仪表30的外壳（未示出）周围。所述热套被构造成加热外壳（未示出）内所含有的样品液体。在一个实施方案中，热套包括被构造成供应交流电流以加热外壳（未示出）中所含有的液体的电路。在另一个实施方案中，热套包括被构造成供应直流电流以加热外壳（未示出）中所含有的液体的电路。电子控制模块（未示出）可以用来控制热套中的电路，并且因此控制对样品液体的加热。
为了冷却外壳中所含有的液体，可以将水套安置在自动化电稳定性仪表30的外壳（未示出）周围。举例来说，冷却回路56（图3）可以沿着外壳的一部分延伸或围绕外壳（未示出）的圆周延伸。在此实施方案中，供水管线64（图3）可以连接至环绕或邻近自动化电稳定性仪表30的外壳（未示出）放置的管道回路。可以由（例如）电子控制模块启动一个阀门以将温度低于样品液体的液体流提供至冷却回路。样品液体的热量被传送到流经冷却回路56（图3）的液体，从而冷却样品液体。冷却液体可以是（例如）水、海水或本领域已知的任何其它液体。冷却回路56可以更快速地冷却样品液体，从而减少多个测试之间的时间。由于多个测试之间的时间可以减少，因此可以更频繁地获得液体样品，进而向钻井工程师报告电稳定性和胶凝强度的变化。
在其它实施方案中，帕尔贴(Peltier)装置可以连接到外壳并用来冷却和/或加热外壳中所含有的液体。帕尔贴装置使用帕尔贴效应来在装置上产生热流。帕尔贴装置可以连接到直流电压产生器。可以通过被提供到帕尔贴装置的电流的量来测定样品液体的合成温度。
可以在自动化电稳定性仪表30的外壳中安置温度传感器（未示出）。温度传感器操作性地连接到电子控制模块（未示出），并且被构造成感测并传输表示样品液体的温度的数据。电子控制模块可以被构造成连续地监测样品液体的温度、以一定的时间间隔来监测样品液体的温度、在每一个测试程序之前和/或之后监测样品液体的温度，或在手动开始的时间来监测样品液体的温度。基于温度传感器（未示出）的读数和预定的所要温度输入值，电子控制模块（未示出）可以开始加热或冷却样品液体，如上文所论述。
参看图2B，示出根据本公开的实施方案的图2的电稳定性仪表30的俯视图。在此实施方案中，电稳定性仪表30包括安置于外壳35中的探头组合件36。电极探头38被构造成测量样品钻井液的电稳定性以及其它性质。在电极探头38的电极（未示出）之间形成探头间隙42。在操作期间，在探头间隙42中提供样品钻井液，在探头间隙42两端施加电压以使得可以测定样品钻井液的电稳定性。清洗机构44（诸如，刮水片）可以被构造成旋转进入探头间隙42，进而允许在测试循环之间清洗探头间隙42。
电稳定性仪表30也包括被构造成旋转的搅拌器41。搅拌器41包括一个或多个叶片43，所述叶片43可以旋转以混合外壳35内的液体。对外壳35内的液体的混合防止在测试循环期间以及多个测试循环之间固体颗粒沉降或以其它方式与混合物分离。在某些实施方案中，外壳35也可以包括加热/冷却套49。加热/冷却套49进而可以加热并随后冷却样品钻井液，从而允许根据井底状况对液体进行测试。另外，套49可以允许在多个测试循环之间更快速地冷却样品钻井液，进而减少测试之间的时间。
现在参看图3，示出封闭系统自动化电稳定性仪表30的工艺仪器布局图。如所示出，自动化电稳定性仪表30与有源液体系统60平齐地放置。多个阀门62控制液体使其流进和流出自动化电稳定性仪表30。在一个实施方案中，至少一个阀门62是电磁阀，而在其它实施方案中，阀门62可以包括止回阀或电磁阀与止回阀的组合。在某些实施方案中，可以使用其它类型的控制阀，而不使用电磁阀。在某些实施方案中，具有大型通道的电磁阀连接到自动化电稳定性仪表30的入口32和出口34。这些电磁阀可以用来防止累积的残余物、颗粒或碎屑沉降而与穿过其中运送的液体分离并且阻塞所述阀门。这些阀门可以从ASCO(Florham Park,NJ)购得。电磁阀也可以被放置来防止材料沉降到有可能阻止阀门正确启动的阀门区域。
简要地参看图3A和图3B，示出根据本公开的实施方案的特定类型的阀门62。在图3A中，示出止回阀63。止回阀63包括柱塞71、阀体73和柱塞组合件75，所述柱塞组合件75包括弹性体材料77。在测试的填充阶段期间（图3A），在低压条件下，液体沿着路径A流动，从而使柱塞71移至开放位置，并且使液体流入电稳定性仪表。在高压条件下，诸如在回流期间，液体在方向B（图3B）上流动，导致柱塞71关闭和封闭止回阀63。这种单向止回阀可能不太容易由于粘性很高或含有颗粒物质的液体或浆液而发生故障。简要地参看图3C，示出止回阀63的分解图。如所示出，止回阀63包括阀体73、具有弹性体材料77的柱塞组合件75，和柱塞导管79。弹性体材料77被构造成抵靠在阀体73的密封表面81上进行密封，并且被构造成保持限制于柱塞导管79内。本领域普通技术人员认识到，在某些实施方案中，止回阀63可以单独使用或者与其它类型的阀门（诸如上文所描述的电磁阀）结合使用。
再次参看图3，如所示出的，在液体入口管线2上启动阀门62，以从有源液体系统60取样液体。电子控制模块18包括（例如）可编程逻辑控制器68或微处理器和电压产生器66。电子控制模块18被构造成向所述阀门62中的至少一个发送信号以使所述阀门打开或关闭。样品液体被引导穿过自动化电稳定性仪表30的入口32。操作性地连接到电子控制模块18的温度传感器54安置于自动化电稳定性仪表30的外壳70中。若由温度传感器54感测到的温度高于或低于预定温度值，则电子控制模块18向热套58或冷却回路56发送信号以分别加热或冷却样品液体。
具体来说，若样品液体的温度需要升高，则电子控制模块18发送信号以在热套58中产生电流。热套中的电流对样品液体进行加热直到达到预定温度为止。类似地，若样品液体的温度需要降低，则电子控制模块18向安置于冷却回路管线3上的阀门62发送信号以使水（或其它液体）从供水管线64围绕自动化电稳定性仪表30的外壳70循环，进而冷却样品液体。温度传感器54可以在样品液体的加热或冷却周期内连续地监测液体的温度。
压力传感器72可以操作性地连接到外壳70以及连接到电子控制模块18。若在封闭系统自动化电稳定性仪表30中由压力传感器72感测到的压力低于或高于预定压力值，则电子控制模块18向供气管线4上的阀门62发送信号以使阀门62打开或关闭，从而分别增加或减小外壳70内部的压力。
安置于自动化电稳定性仪表30中的探头组合件36由电子控制模块18启动，并且由电压产生器66供应电压给探头电极（未单独说明）。电压产生器可以向探头组合件36供应斜线上升的电压，如由电子控制模块18中的控制电路所设定。在一个实施方案中，电压产生器可以向探头组合件36供应0伏特至2000伏特的电压。
标准API电稳定性测试指定340Hz的正弦交流信号，所述信号以每秒150伏特的速率从0伏特斜线上升到2000伏特。使用存储在配置文件中的程序（即，软件）来决定何时将特定的波形信号驱动到探头组合件36。在一个或多个实施方案中，波形被储存为单独文件，而且可能不是配置文件的部分。API标准ES读数是电流达到61μA时所在的峰值电压。然而，配置文件也可以提供向电子控制模块(ECM)提供以非线性电压斜升和/或其它类型的斜率为基础的信号。本领域技术人员认识到，可以通过将不同波形编程到被馈送至电子控制模块的配置文件中来改变电稳定性测试的规格。因此，临界电流可以是高于或低于61μA的值。
电子控制模块18控制清洗机构44的启动。在预定时间间隔处或根据需要，由电子控制模块18启动电机50，进而使刮水器或旋转圆盘（未示出）旋转进入探头组合件36的探头间隙（未示出）中。位置指示器（未示出）将指示圆盘相对于探头间隙的旋转位置或清洗机构44相对于探头间隙的相对位置的信号发回到电子控制模块18。也可以由电子控制模块18向电机50发送信号以启动搅拌器（未示出）。可以运行搅拌器以确保液体彻底混合并减少和/或防止外壳内的材料发生沉降。
在测试程序完成之后，电子控制模块18向出口34发送信号以打开并开启泵16，从而将样品液体从自动化电稳定性仪表30的外壳70中抽出并且使样品液体返回到有源液体系统60。接着可以开始额外的取样和测试程序，或者可以开始清洗程序。为了实施清洗程序，电子控制模块18向清洗机构44发送信号（如上文所论述），以及向清洗液管线5上的阀门62发送信号并且将清洗液传送到外壳70。清洗机构44在外壳70内操作，同时用清洗液冲洗外壳。也可以运行搅拌器（未示出）来增强对外壳70和探头组合件36的清洗。可以通过出口34来排放并丢弃清洗液。
一起参看图3和图4，包括外壳70、电子控制模块18、阀门62以及各种供应管线和排放管线的自动化电稳定性仪表30可以安置于防护外壳(shell housing)75内。防护外壳75封装了自动化电稳定性仪表30的全部主要组件。防护外壳75可以包括用于将液体管线连接到自动化电稳定性仪表30的外壳70的多个端口或连接件，所述液体管线例如有源液体系统管线、水管线、排放管线等。安装至防护外壳75的显示器74被构造成显示表示由电子控制模块18发送和接收的信号的结果的信息。举例来说，显示器74可以显示样品液体的电稳定性、样品液体的温度、外壳70内的压力等。
现在参看图5，示出根据本文所公开的实施方案的用于测量液体样品的胶凝强度和/或粘度的自动化粘度计100。所述自动化电稳定性仪表30包括外壳（未示出），所述外壳被构造成容纳一定体积的待分析的液体。类似于上文所论述的自动化电稳定性仪表，样品液体通过入口（未示出）而进入外壳并且通过出口（未示出）而离开外壳。泵（未示出）被构造成在信号从电子控制模块（未示出）发出时抽取样品液体使其进入和离开外壳。
自动化粘度计100包括安置于外壳（未示出）中的粘度计套筒102、安置于套筒102中的测锤104、操作性地连接到粘度计套筒102和测锤104中的至少一个的电机106，以及操作性地连接到粘度计套筒102和/或测锤104的扭矩测量装置108。在所示出的实施方案中，测锤104通过扭线131（图6B）而从扭矩测量装置108悬挂下来，并且套筒102通过电机106而旋转。在粘度计套筒102与测锤104之间形成环形域110。在样品液体从有源钻井液系统传送到外壳中之后，液体被引导到粘度计套筒102与测锤104之间的环形域110。根据自动化粘度计100的配置，由电机106以特定的速度来旋转粘度计套筒102或是测锤104。所述特定速度决定了环形域110内部的液体的剪切速率。对施加在测锤104或粘度计套筒102上的扭矩（如由扭矩测量装置108决定）进行记录，并且存储所记录的数据或是将数据发送到远程计算机系统以供处理，如下文所描述。举例来说，扭矩测量装置108可以测量由于测锤104的拖动旋转而引起的扭线131的扭转的量。换种说法，扭矩测量装置108可以测量由于扭线131的移动而引起的扭矩。根据检测到的扭矩，可以测定液体的粘度和胶凝强度。
如上文关于自动化电稳定性仪表30（图2）详细地描述，电子控制模块18（图1）可以类似地控制自动化粘度计100。电子控制模块18（图1）可以向电磁阀（未示出）发送信号以打开和关闭用于将样品液体从有源液体系统引导到自动化粘度计100的外壳（未示出）中的流动管线。一旦外壳被填充了样品液体，电子控制模块18（图1）便可以向电机106发送信号以运行/旋转套筒102的测锤104。扭矩测量装置108可以基于指定旋转速度和环形域110中的样品液体在未旋转的测锤104或套筒102上产生的拖动旋转来确定所施加的扭矩。可以将扭矩测量装置108所收集到的数据发送到电子控制模块18（图1）以供进一步处理。一旦样品液体已完成了测试程序，电子控制模块18便向阀门（未示出）和泵（未示出）发送信号以将样品液体传送回到有源液体系统（未示出）。
在一个实施方案中，可以在测锤104与扭矩测量装置108之间安置磁性连接件（未示出）。因为由扭矩测量装置108测量的扭矩通常极低，所以应该减小或消除测锤104与扭矩测量装置108之间的密封阻力。所述磁性连接件（未示出）减小或消除了测锤104与扭矩测量装置108之间的密封阻力以更准确地测量测锤104上的扭矩。
类似于自动化电稳定性仪表30（图2），温度传感器和压力传感器（未示出）可以安置于自动化粘度计100的外壳内，以测定和监测外壳中所含有的样品液体的温度和压力。另外，电子控制模块18（图1）可以基于对测定到的温度和压力与预定温度值和压力值进行比较而启动热套、冷却回路或开启外壳增压或减压。封闭系统自动化粘度计100维持外壳内液体的温度和压力，从而可以提高所测量的液体的流变性质的准确性。
现在参看图6A和图6B，示出根据本文所公开的实施方案的自动钻井液性质分析器200。自动钻井液性质分析器200包括自动化电稳定性仪表30和自动化粘度计100。如所示出的，自动钻井液分析器200包括外壳70，所述外壳70具有入口32和出口34。至少一个电磁阀（未示出）安置于靠近入口32和出口34中的至少一个处，而且被构造成打开和关闭以将样品液体从有源液体系统提供到外壳70中。
温度传感器（未示出）可以安置于外壳70内部，而且被构造成测定外壳70中所含有的液体的温度。热套58包裹住外壳70的至少一部分，而且被构造成在温度传感器感测到温度低于预定值的情况下加热样品液体，或者由电子控制模块18（未示出）另外启动。冷却回路（未示出）或水套（未示出）也可以封装所述外壳70的至少一部分。所述冷却回路被构造成在温度传感器感测到温度高于预定值的情况下冷却外壳70中的样品液体。
压力传感器（未示出）可以操作性地连接到外壳70，而且被构造成测定外壳内部的压力。若压力传感器感测到压力低于预定压力值，则可以通过阀控流动管线（未示出）来将空气或液体加入外壳70以增加压力。若压力传感器感测到压力高于预定压力值，则可以打开阀门以释放外壳70内的压力。
探头组合件36连接到外壳70以用于测量外壳70中的样品液体的电稳定性。探头组合件36包括电极探头38，所述电极探头38具有延伸到外壳的体积中的两个电极（未示出）。清洗机构44安置于外壳70中，而且被构造成移动到与电极探头38的电极之间的探头间隙（未示出）接合。在所示出的实施方案中，清洗机构44包括连接到轴48的旋转圆盘46，所述轴48通过电机50而旋转。电机50连接到外壳70的外表面，而且被构造成使清洗机构44和/或搅拌器（未示出）旋转。位置指示器（未示出）可以连接到电机50或清洗机构44，而且被构造成检测清洗机构44相对于探头组合件36的相对位置。
自动化粘度计100的粘度计套筒104和测锤102安置于外壳70中。如上文关于自动化粘度计100所论述，电机106操作性地连接到粘度计套筒102和测锤104中的至少一个，并且扭矩测量装置108操作性地连接到粘度计套筒102和/或测锤104。在所示出的实施方案中，测锤104通过扭线131而从扭矩测量装置108悬挂下来，并且套筒102通过电机106而旋转。在粘度计套筒102与测锤104之间形成环形域110。根据配置，通过电机106以特定速度来旋转粘度计套筒102或者测锤104。所述特定速度决定了环形域110内部的液体的剪切速率。对施加在测锤104或粘度计套筒102上的扭矩（如由扭矩测量装置108决定）进行记录，并且存储所记录的数据或是将数据发送到远程计算机系统以供处理，如下文所描述。举例来说，扭矩测量装置108可以测量由于测锤104的拖动旋转而引起的扭线131的扭转的量。根据所检测到的扭矩，可以测定液体的粘度和胶凝强度。
自动钻井液性质分析器200可以安置于防护外壳75中，如图7A和图7B中所示出。防护外壳75可以分成两个区段：第一区域165，其中装有样品外壳、自动化电稳定性仪表30和自动化粘度计100组件；以及第二区域167，其中装有电子控制模块18。如所示出，外壳156可以安装在电机106和扭矩测量装置108上。下文更详细地论述电子控制模块18的电子设备的细节。电导管和电线161可以在第一区域165与第二区域167之间运行以用于将分析器200的各种组件（例如，电机50、电机106、扭矩测量装置108、阀门163等）电连接到电子控制模块18。防护外壳75可以包括一个或多个通风孔和/或风扇169，所述通风孔和/或风扇169被构造成防止分析器组件和电子设备过热。阀门163可以包括止回阀（如上文所论述），所述止回阀可以安置于歧管167中。所述歧管167因此可以包括各种阀门163、入口和出口，进而控制液体流入和流出分析器200。
如所示出，自动钻井液性质分析器200也包括泵16，所述泵16用于将样品液体从有源液体系统抽取到分析器200的外壳70中和从分析器200的外壳70中抽取出来。一个或多个电磁阀163安置于防护外壳75内，并且与外壳70流体连通。启动电磁阀163以使液体填充外壳70以供测试。
图7C示出自动钻井液性质分析器200的防护外壳75的后视图，所述自动钻井液性质分析器200具有用于将外部液体管线连接到分析器200的各种组件的多个管道连接件(plumb)。如所示出，防护外壳75可以包括用于进水管线入口201、空气管线入口202、泥浆管线入口204和清洗液管线入口205的连接件。另外，也可以提供用于废物回收206和水流回收203的连接件。
大体参看图6至图7，在一些实施方案中，自动钻井液性质分析器200也可以包括警报系统，所述警报系统被构造成在发生了警报事件时发送信号。警报系统可以包括多个传感器和一个警报器，所述传感器安置于自动钻井液性质分析器200的各种组件中或靠近所述各种组件。举例来说，温度传感器可以安置于防护外壳75中，并且在防护外壳内部的温度超过预定最大值时向电子控制模块18发送信号。电子控制模块接着将启动警报器。警报器可以是警铃、蜂鸣器、电子音或本领域已知的任何其它警报器。另外，分析器的显示器74可以显示消息，或指示已经发生警报事件。显示器74可以指定警报事件的类型。显示器可以（例如）指明分析器已经过热。警报事件的实例可以包括阀门堵塞、防护外壳的门未关、外壳中液位低、流动管线未连接。警报系统可以包括各种类型的传感器，例如接触式传感器、压力传感器、温度传感器、位置传感器等。
在钻井液分析器的其它实施方案中，可以使用x射线光谱仪来测定样品钻井液的内容物。举例来说，可以通过高能x射线或γ射线来激发样品，从而导致发射二级荧光x射线。然后可以对二级x射线进行分析以便测定样品钻井液的化学组成。测试的结果然后可以被传送到本地存储器或者传送到远程设施以便进行处理。本领域普通技术人员认识到也可以使用其它仪表来进一步分析钻井液样品。
参看图24，示出了根据本公开的实施方案的具有x射线光谱仪(XRF)435的液体分析器的示意图。在这个实施方案中，液体流被引导从有源钻井系统流动管线400穿过一个或多个阀门405，并且进入测试室410。在测试室410内部，载物片（图25的450）被安置并构造成在一个或多个方向上移动，从而使得可从有源液体系统中获取钻井液样品。一个或多个电机415、420和425可以用于控制载物片或测试室410的方位。如所示出，电机415被构造成在测试室410中横向移动载物片。然而，在其它实施方案中，电机415可以用于在多于一个方向上移动载物片。液体分析器还包括与XRF 435流体连通的氦气储罐430，从而可在分析中使用氦气。为了控制氦气从氦气储罐430到XRF 435的流动，可以通过微处理器445或PLC来可操作性地控制电磁阀440。
液体分析器还可以包括与测试室410流体连通的清洗液储罐455。在清洗循环期间，液体，例如基础油、水或含有例如表面活性剂的化学品的其它液体可以从清洗液储罐455被传送到测试室410。清洗液的流动可以通过例如电磁阀460的阀门来控制。除了清洗液外，液体分析器可以包括空气系统465，该空气系统被构造成将空气供应至测试室410或液体分析器的另一个组件。空气的流动也可以通过例如电磁阀470的阀门来控制。在测试完成后，样品液体可以通过废物排水管475从测试室410中被排干，并且返回到有源钻井系统流动管线400中。样品液体排空可以通过使用泵480、来自空气系统465的空气来促进，或者在新的液体被吸入测试室410中时被从测试室410中推出。液体分析器还可以包括各种传感器，例如压力传感器485、温度传感器（未示出），或者用于测定载物片在测试室410中的位置或者液体性质的各种其它传感器。在某些实施方案中，液体分析器还可以包括各种止回阀，诸如上文所论述的止回阀，以及包括各种温度控制仪器，诸如加热/冷却套。
为了控制液体分析器，所述系统包括微处理器445和本地记忆存储器490，例如硬盘驱动器、闪速存储器或者在本领域中已知的其它类型的存储器。可以通过本地显示器495来显示数据和控制液体分析器。另外，例如调制解调器497的能够与网络连接的装置可以用于使液体分析器远程传输数据以及接收控制信号。本公开的远程控制方面将在下文中详细解释。
现在参看图25A至图25C，示出了根据本公开实施方案的分别处于填充、中间和测试位置期间的测试室和XRF 435的横截面视图。在填充位置中（图25A），载物片450处于使得液体可以通过注入口451注入样品仓452的位置之中。在这个实施方案中，样品仓包括使得液体可以流入仓452中的大约25mm的开口。本领域普通技术人员认识到在其它实施方案中，样品仓452可以包括不同大小和/或形状的开口。一个或多个电机（图24的415、420和425）可以用于控制载物片450在测试室410中的方位。举例来说，电机可以使载物片450在测试室410中横向移动。在中间位置中（图25B），载物片450将包括测试液体的样品仓452移动以便不再与注入口451流体连通。通过移动样品仓452以便不与注入口451流体连通，可以防止液体从测试室410中溅出。因此，中间位置可以使得对样品仓452中的样品规模进行控制。在测试位置中（图25C），样品仓452与测试口453对准。因为样品仓452未被封闭（封闭测试仓将不利于准确的XRF分析），所以应该将载物片450移至测试方位中，以便防止测试液体从样品仓452中溅出。在测试位置中，XRF 435可以用于分析钻井液。在填充位置、中间位置和测试位置的所述工序使得可保持样品仓452中的样品的体积。因为中间位置与系统的其余部分隔绝，从而防止系统的注入侧和测试侧同时开启，所以所述工序也防止了液体从样品仓452中溢出。
因为XRF测试对于所测试的样品的位置敏感，所以电机（图24的415、420和425）可以用于确保样品仓452相对于XRF 435的方位在特定限度内。通过使用XYZ方位分析，液体分析器可以确保液体样品测试不会因为样品阻塞而失真，并且确保样品不会从样品仓452中溢出。再次简要地参看图24，在电机415控制载物片450的实施方案中，载物片450可以在测试室410中横向移动，以便将样品液体从与注入口451流体连通的状态移至与测试口453对准的方位中。在测试期间，电机420和425可以被构造成改变测试室410或XRF 435任一者的方位，从而使得可以对单一样品进行多次测试。因为XRF和样品之间的焦距对于保持一致和可比较的结果是非常重要的，所以电机415、420和425可以一致运作以便确保样品液体和测试口453之间的距离保持相对恒定。在某些实施方案中，XRF与样品之间的间隙可以在0.5mm与1.0mm之间。取决于XRF的规格，可以增大或减小这一间隙，从而使得可对系统进行定制以便分析特定液体。在某些实施方案中，电机可以用于调整XRF的位置，从而可获得多个样品。在这个实施方案中，XRF可以以实质上圆形的路径移动，从而可以测试样品的不同部分。具体地说，XRF可以在样品的表面上横向地移动，同时维持样品上方的相同高度，从而可在样品表面上获得不同的读数。另外，因为可以获得每个样品的多个读数，所以可以避免错误的读数。举例来说，在某些实施方案中，获取多个读数，并且执行统计平均，或者证明不同读数中的异常。
另外，可以控制测试室410和样品的温度，从而维持液体的恒定体积，并且使得样品与XRF 435之间的距离在不同测试之间保持一致。可以通过将液体导管（未示出）与样品仓452相邻地安置于测试室410中来控制温度。可以使具有已知和受控温度的液体（例如水）穿过液体导管，从而可控制样品液体的温度。控制样品液体可以有助于确保XRF测试在多个样品之间是准确的。通过控制样品相对于XRF 435的位置并且控制温度，测试结果可能更加准确并且提供多个测试结果之间的更好的可比性。
参看图26A至图26C，示出了根据本公开实施方案的分别处于填充和测试位置期间的测试室的横截面视图。在测试过程中，载物片450开始处于填充位置中（图26A），并且液体电磁阀（未示出）和空气电磁阀（未示出）打开，从而使得液体样品可以从有源钻井液系统注入样品仓452中。当样品仓452具有所需体积的液体时，空气和液体电磁阀关闭，从而使液体停止流入测试室410中。然后将载物片450移至测试位置中（图26B），以使得样品仓452与测试口453对准，并且被构造成使XRF（未示出）运行测试程序。在测试程序之后，将泵（未示出）启动并且打开空气电磁阀，从而冲洗样品仓452中的样品液体。在冲洗样品仓452时，将泵停止，并且将载物片450移回到填充位置。在填充位置与测试位置之间，样品可保持于中间位置中（图26C）。在中间位置中，可以临时地保存样品以便使液体稳定，从而防止溢出。取决于液体的性质，保存时间可以有所不同，举例来说，在某些实施方案中，样品在中间位置保存5秒到10分钟之间，并且在具体实施方案中，样品在测试位置保存大约30秒。
一旦在填充位置中（图26A），可以通过打开基础电磁阀（未示出）来将基础油清洗剂注入测试室410和样品仓452中。然后将泵重新启动，从而将任何残余的液体和颗粒物质从测试室410中冲洗掉。然后可将载物片451移回至测试位置中（图26B），并且通过打开空气电磁阀来启动泵以便进一步将残余的液体和/或颗粒物质从测试室410中去除。此时，可以执行随后的液体测试。本领域普通技术人员认识到取决于所测试的液体的类型，填充和测试位置的顺序可以有所不同。举例来说，在某些操作中，可能只需要单一冲洗循环，而在其它操作中，可能需要三个或更多个冲洗循环以便充分地将残余的液体和颗粒物质从测试室410中冲洗掉。
可以在样品仓452上包括额外的组件，例如阀门（未示出），该阀门可在测试液体时关闭。当此阀门处于关闭位置时，将不允许液体对样品仓452进行排空，从而确保样品体积保持恒定。阀门打开可以允许将液体从样品仓452中去除，例如在清洗循环期间。其它组件可以包括清洗装置。可用于本公开的实施方案的清洗装置的实例是安置在测试室410上或附近的刮水器（未示出）。刮水器可以用于清洗注入口451、样品仓452或系统的其它部分。在某些实施方案中，刮水器可以安置在载物片450上，从而使得可清洗测试室410的内部和外部组件。另外，例如气动泵的泵（未示出）可以与样品仓452流体连通。该泵可以用于在填充和清洗循环中将液体吸入样品仓452中或从样品仓452中吸出。
在XRF测试期间，可以对一个样品进行多次测试。举例来说，一旦处于测试位置中，可以通过启动一个或多个电机来将XRF 435相对于测试室410进行移动，从而使XRF的焦点相对于样品仓452移位。因为所测试的样品液体的部分相对于通过样品仓452所暴露的样品的总表面积来说较小，所以可以执行不包括重叠样品部分的多个测试。在其它实施方案中，XRF435可以保持于恒定位置中，并且测试室410可以相对于XRF 435移动，从而提供执行多个测试的另一种方式。在另一个实施方案中，可以使用一个或多个电机，以便使载物片450相对于测试室410和/或XRF 435进行移动。在这个实施方案中，测试室410和XRF可以保持稳定，而只有移动载物片410可以移动。
XRF分析器可以与以上描述的各种其它测试仪器组合，从而使得单一液体分析器具有粘度计、电稳定性监测器和XRF监测器。在这种构造中，XRF可以安置于粘度计或电稳定性监测器之前或之后，以及处于可同时进行独立测试的构造中。
如上文所解释，为了进行稳定性测试，将液体吸入具有电稳定性探头和刮水器的封闭腔室中，所述刮水器可以旋转到探头中的间隙中以将残余物质从间隙中清洗掉。为了将液体吸入腔室中，使一系列电磁阀与泵结合在一起工作，进而可控制腔室中流体的体积。一旦达到可接受的温度，便可开始测试程序。在完成测试之后，将测试液从腔室中撤出，并且用清洗液来代替。为了清洗装置，启动刮水器用现有的清洗液来去除可能已经沉降在探头上的残余物。为了控制测试和清洗，可编程逻辑控制器(“PLC”)或微处理器操作性地连接到所述装置，如下文将详细地解释。
为了进一步解释组合的电稳定性、粘度计和XRF分析器的操作，下文论述图27，图27是这个系统的工艺仪器布局图。如所示出，自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435与有源液体系统400平齐地放置。多个阀门62控制液体使其流进和流出自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435。在某些实施方案中，阀门62可以是电磁阀，而在其它实施方案中，阀门62可以包括止回阀63，如上文所详细论述。根据系统的操作要求，在某些系统中可以使用电磁阀62与止回阀63的组合。举例来说，如所示出，液体入口管线2和基础液入口管线5被构造成使液体流动穿过电磁阀62并接着穿过止回阀63。因此，可能包括可能堵塞阀门62的颗粒物质的液体可以流动穿过止回阀63。然而，进水入口64流动穿过不包括止回阀63的阀门62。本领域普通技术人员认识到在替代实施方案中，进水入口64也可以流动穿过止回阀63。
在操作期间，液体可以流动穿过液体入口管线2，并且进入自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435中的一个或多个。本领域普通技术人员认识到，根据所需要的测试类型，液体可以流进所述分析器中的一个、两个或全部三个中，进而允许同时执行多个测试。在某些实施方案中，由全部三个分析器来对液体进行测试可能是理想的，而在其它实施方案中，可能仅运行所述测试中的一个或两个。另外，虽然图27示出以串联的方式安置分析器，但在替代实施方案中，可以使用多个入口管线以使得液体可以几乎同时流进每一个仪表或至少其中两个仪表。
如上文所解释，系统也包括清洗液储罐455，该清洗液储罐被构造成使基础液流到自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435，从而允许在多个测试之间清洗分析器。所述系统也包括泵480，该泵被构造成将经过测试的液体和清洗液从自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435中去除。可以使用泵480来将液体抽取到废物排水管，而且在某些实施方案中，可以将液体重新抽取到有源液体系统400。系统可以进一步包括连接到空气入口465的供气装置464，从而使空气被注入自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435中的一个或多个。
自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435还操作性地连接到微处理器控制445，从而允许分析器收集和处理数据。微处理器控制445操作性地连接到本地记忆存储器490和显示器495，从而允许存储和/或显示所收集和处理的数据。在某些实施方案中，微处理器控制445还可以操作性地连接到远程连接497（诸如，以太网连接），从而允许远程地发送或接收所收集和/或处理的数据。
本领域普通技术人员认识到，鉴于本公开，可以存在分析器的各种组合。举例来说，在某些实施方案中，可以使用具有自动化电稳定性仪表30、粘度计31和XRF分析器435全部三个的系统。在替代实施方案中，系统可以仅包括自动化电稳定性仪表30和粘度计31、自动化电稳定性仪表30和XRF分析器435、或者粘度计31和XRF分析器435。
一般来说，本公开是针对用于进行自动化钻井液性质分析的计算机辅助方法。可以分析/测定的钻井液性质包括粘度、胶凝强度和电稳定性。钻井液分析器的多种构造在本公开的范围内。举例来说，在某些实施方案中，钻井液分析器可以被构造成测定电稳定性，而在其它实施方案中，钻井液分析器可以被构造成测定胶凝强度、粘度或两者的组合。无论钻井液分析器被构造成测定电稳定性、胶凝强度和/或粘度中的一个还是多个，用于测定所述性质的系统都将操作性连接到用于测定特定性质的计算机。所述计算机（不管是本地的还是远程的）包括在处理器上执行的软件应用程序。
所述软件应用程序包括用于使钻井液从有源液体系统被传送到样品池的指令。所传送的钻井液的量可以根据特定操作要求而变化；然而，一般来说，将从有源钻井液系统传送0.5公升的样品到液体分析器的样品池。在样品池被填充了所要量的液体之后，可以引导液体使其与电探头的电极接触。当在电探头的电极上施加电压时，液体分析器测定液体何时在电极上进行充电，对数据进行记录，并且可以基于所施加的电压来测定电稳定性。本领域普通技术人员认识到，上文的方法将能够测定电稳定性，并且因此能够测定基于油或基于合成物的钻井液的乳化稳定性。
在某些实施方案中，可以将所记录的数据存储到本地直到完成测试为止，而在其它实施方案中，可以将所述数据传送到远程数据存储器以用于存储或是远程处理。根据数据的量、测试数目等等，可以在每一个测试之后或者分批地传送所述数据。
测试的长度可以根据钻井液的性质而变化。举例来说，在某些实施方案中，一个测试可以持续30分钟或更长时间，而在其它实施方案中，可以每隔几分钟执行一个新的测试。为了增加所测定的钻井液性质的准确性，可以对单个样品流体进行多次测试。举例来说，可以对单个液体进行五次测试，而且若检测到任何异常结果，则可将所述异常结果从用于测定最终液体性质的样品结果中排除。
在执行测试之后，液体分析器可以执行清洗循环，即排出液体样品，并且向样品池中注入清洗液。清洗液可以包括基础油，诸如柴油、矿物油或针对有源钻井液系统中的特定液体的其它基础油，或者可以包括诸如表面活性剂或水的其它添加剂以进一步清洗样品池。在清洗循环期间，刮水器可以旋转穿过探头，从而清洗探头的表面，并且搅动样品池中的清洗液以去除可能沉降在样品池的其它表面上的颗粒物质。
清洗液在样品池中停留的时间可以根据液体的特定性质来调节。举例来说，具有高粘度的液体可能需要较长时间的清洗循环，或者具有较高含量的可能粘附到样品池表面的低重力固体或增重剂的液体可能需要较长时间的清洗循环来进行彻底去除。清洗循环可以包括多次旋转刮水器，以及一次或多次地将清洗液加入到样品池。在某些实施方案中，清洗循环也可以包括加入水或空气以在对随后的液体样品进行取样之前进一步将经过测试的液体样品从样品池中去除。
在清洗了样品池之后，可以对液体分析器发出指令使其排出清洗液，并将第二样品从有源钻井液系统传送到样品池中。根据操作的特定性，可以在填充样品池之前使指定体积的钻井液从有源钻井系统循环穿过液体分析器，从而确保第二样品不会含有从原先的测试残留在管线中的残余液体。举例来说，在某些实施方案中，可以使液体从有源钻井系统穿过液体分析器历经一个设定好的时间段或直到特定体积的液体已穿过系统为止。如果确定了穿过系统的液体对于取样来说是可接受的，则填充样品池，并且可以开始第二测试循环。
在其它实施方案中，液体分析器也可以包括粘度计，该粘度计被构造成允许液体分析器收集用于测定样品钻井液的胶凝强度和/或粘度的数据。类似于上文所描述的测试，在将样品液体从有源钻井液系统传送到样品池之后，引导液体进入介于粘度计的套筒与测锤之间的区域。根据粘度计的构造，以特定速度来旋转套筒或者测锤。记录流体对套筒或测锤的旋转速度的响应，并且存储所记录的数据或者将数据发送到远程计算机系统以供处理，如上文关于电稳定性测试所描述。
套筒或测锤的旋转速度也可以改变以便更准确地测定液体的胶凝强度。举例来说，套筒或测锤可以按每分钟3转(“RPM”)、每分钟6转、每分钟300转和/或每分钟600转的速度旋转。本领域普通技术人员认识到，旋转速度可以根据钻井操作的特定性或分析要求而改变。
在某些实施方案中，电稳定性测试和粘度和/或胶凝强度测试可以几乎同时发生。因此，测试所需的时间长度可以减少。另外，可以在某一测试之前、之后或期间进行其它步骤。举例来说，可以调整样品液体的温度，和/或可以对样品池进行加压。若操作者判断液体分析器并未按照要求执行，则也可以在测试期间经由远程计算机来调整测试。
可以对测试的进程（包括测试的具体参数）进行预先编程，以使得测试可以完全自动进行。举例来说，钻井操作者可以调整具体的液体分析器参数，包括对单个样品所要进行的测试的数目、所要测试的样品的数目、测试的频率、所要测试的样品规模、样品液体的温度、所施加的电压、粘度计的旋转速度、施加于样品池的压力、清洗循环的数目、清洗循环的类型等等。然后可以将所述具体参数作为测试包以本地或者远程的方式输入，并且液体分析器可以自动地进行测试。若发生需要手动调整的情况，则本地操作者或远程操作者可以对程序进行超驰控制来调整分析器参数中的一个或多个，从而允许对测试进行优化。
如上文所解释，液体测试可以包括通过远程位置或者通过本地控制而经过预先编程的一系列测试。为了控制和/或监视测试，钻井操作者也可以具有一个或多个控制面板来展示多个显示页面。向操作者显示的图形用户界面(“GUI”)可以根据操作的详情而改变；然而，下文将示例性GUI作为关于可以使用的显示类型的指示来进行描述。
首先参看图8，示出了根据本公开的实施方案的本地显示器。在这个实施方案中，本地显示器包括用于选择特定类型的测试、校准模式等的菜单。如所示出，本地显示器可以包括自动测试选择器500、500V选择器501、1900V选择器502、空气测试选择器503、水测试选择器504、设置选择器505、数据显示选择器506、诊断选择器507和工具选择器508。
在操作之前，可以对一个或多个测试循环进行编程，从而允许自动进行整个测试过程。除了测试循环外，还可以执行校准测试。举例来说，在一个实施方案中，装置包括允许操作者验证探头与内部电阻网络的校准情况的500V测试。装置还可以包括允许操作者验证探头与内部电阻网络的校准情况的1900V测试。测试结果可以显示在数据显示页面上，诸如图9和图10中所显示的页面。
其它实施方案可以包括空气测试和/或水测试。由于空气是相对较好的绝缘体，因此测试应该产生大约1900V的高电压读数，并且在所要求的1900V的约2.5%之内。由于水是导体，因此测试应该产生大约500V的高电压读数，并且在所要求的500V的约2.5%之内。如果测试结果不在可接受的范围内，则可以通知操作者装置不满足执行自动测试的条件。
在装置的校准期间，首先执行清洗循环。在清洗循环中，排出腔室中的现有液体，用清洗液填充腔室，并且自动地清洗探头。在清洗循环之后，执行电子测试，在电子测试中，内部未连接探头，并且电压斜线上升至最大值。在电子测试之后，执行空气测试，在空气测试中，将清洗液从腔室中排出，使空气填充容器，并且重新连接探头，以及使电压斜线上升至最大值。在执行了空气测试之后，执行水测试，在水测试中，用水填充测试容器，使电压斜线上升，并且将3V的电稳定性临界值与测试电压进行比较。校准的最后步骤是测定仪表精确度。在这个步骤中，使探头断开连接，并且使用内部电阻器和齐纳(Zener)二极管来检查在500V的交流电和1900V的交流电下运行的仪表的精确度。
为了对测试进行设置，可以由操作者来选择若干不同选项。参看图11和图12，示出了根据本公开的实施方案的实例设置测试的显示页面。首先，操作者可以确定属性(profile)的数目，其对应于将要执行的测试的数目。使用者也可以选择斜线上升次数、擦拭次数、泥浆传入持续时间、冷却持续时间、温度保持时间、斜线上升之间的延时、循环延时、压力设置点、基础液流入持续时间、基础浸泡持续时间，和各种温度设置点。可以基于钻井操作的要求和/或特定测试的要求来调整每一个选择。
参看图13，可以选择本地显示器以使得只要查看所述本地显示器就可以观察到当前的测试数据。操作员可能选择查看的其它显示页面包括系统状态页面，诸如图14和图15中所显示的页面。系统状态页面可以使操作员查看到刮水器的状况、电机、单元结构、一个或多个阀门的状况、继电器的状况、电压读数、电流读数、温度读数和/或压力读数。
不同显示页面之间的导航可以经由多种类型的接口而实现，所述接口例如外围装置、键盘和/或触摸式屏幕。本领域普通技术人员认识到，根据钻井操作的要求，在特定装置中可以存在所论述的全部显示页面以及额外显示页面。
如上文所解释，装置可以具有本地显示器以及远程显示器。远程显示器允许远程地控制装置和监视测试。可以使用不同方法来建立装置与远程控制设施之间的连接。在一个实施方案中，装置可以连接到以太网络，从而允许通过互联网来远程地访问所述装置。在其它实施方案中，可以通过虚拟专用网络(“VPN”)来连接装置，从而可以在装置与登录到网络中的任何个人计算机之间建立连接。在另一个实施方案中，可以通过将装置连接到网络路由器来远程地访问装置。
虽然在远程模式下操作，但操作者可以监视和/或控制测试，包括（例如）开启校准测试、输入测试参数、载入新的测试属性和查看测试结果。在图16至图21中示出了远程显示页面的实例。图16是显示自动结果页面，图17和图18是显示校准模式，图19是显示设置屏幕，图20是显示测试数据屏幕，以及图21是显示诊断屏幕。
本领域普通技术人员认识到，具体的显示情况可以根据装置的具体组件而改变。虽然上文论述的显示页面是特定针对用于测试液体的电稳定性的装置，但对于能够测定胶凝强度和/或粘度的装置来说，也可以使用相同选项和额外选项。
参看图22，示出了根据本公开的方法的示例性操作程序的流程图。在典型的测试循环期间，操作者可以选择开始选项600来开启测试程序。在实际的测试开始之前，可以通过建立清洗循环601来清洗探头，从而确保可能已经粘附到探头的任何残余液体被去除。在清洗了装置之后，在将清洗液从装置中去除时，将钻井液从有源钻井液系统传送602穿过入口。然后将样品液体加热603到一个特定温度，例如50℃与150℃之间的温度。当已实现所要温度时，在340Hz下以约150V/s的速率使电压斜线上升604。接着监测电流605直到检测到61微安的电流或者提供了2000V的电压为止。存储结果606以用于稍后传送到远程设施以供处理607，或者用于其它用处供本地处理608。随后重复609以下步骤：使电压斜线上升504、监测605和存储结果606，直到完成所要数目个测试为止。
在具体应用中可以加入各种额外步骤，从而允许装置收集额外数据。举例来说，在某些操作中，可以对装置的腔室进行加压，从而减少使温度增加所需要的热量。在某些操作中，压力可以在4巴(bar)至6巴的范围内增加。
在测试期间，可以在不同温度下对单个液体样品进行多次测试。可以使用多次测试来去除异常值，否则可能会使结果出现偏差。另外，在胶凝强度测试中，可以在各种温度下以及在不同旋转速度下测试单个液体。举例来说，可以在3RPM、6RPM、300RPM和600RPM下旋转粘度计的套筒或杯体(cup)，从而可以测定胶凝强度。
在收集和存储数据606之后，测定一个或多个钻井液性质610，诸如粘度、胶凝强度和/或电稳定性。然后可以直接在装置上显示所测定的结果，或者通过网页服务器来显示所测定的结果。在某些实施方案中，也可以将结果提供611到井场信息传输规范(“WITS”)作为特定的用户定义纪录。在对特定液体执行了全部测试之后，可以开启随后的清洗循环612。在随后的清洗循环中，打开排放阀门613，启动清洗液泵614，并且将清洗液传送615到装置中。接着启动刮水器电机616，从而清洗装置表面、探头、粘度计等。然后装置便满足条件能够测试随后的液体样品。
本公开的实施方案事实上可以在任何类型的计算机上实施，不管使用哪一种平台。举例来说，如图23中所示出，计算机系统700包括一个或多个处理器701、相关的存储器702（例如随机存取存储器(RAM)、高速缓冲存储器、闪速存储器等）、存储装置703（例如硬盘、如致密盘驱动器或数字视频光盘(DVD)驱动器的光盘驱动器、闪速存储棒等），和当今计算机所特有的许多其它元件和功能件（未示出）。在本公开的一个或多个实施方案中，处理器701是硬件。举例来说，处理器可以是集成电路。计算机系统700还可以包括输入构件，例如键盘704、鼠标705或麦克风（未示出）。另外，计算机系统700可以包括输出构件，例如监视器706（例如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器或者阴极射线管(CRT)监视器）。计算机系统700可以通过网络接口连接（未示出）而连接至网络708（例如局域网(LAN)、如互联网的广域网(WAN)或者任何其它类型的网络）。本领域技术人员认识到存在许多不同类型的计算机系统，并且上述输入和输出部件可以采用其它形式。一般来说，计算机系统700至少包括用于实施本公开的实施方案所必需的最低限度的处理、输入和/或输出构件。
另外，本领域技术人员认识到上述计算机系统700的一个或多个部件可以位于远程位置上并且通过网络连接至其它部件。另外，本公开的实施方案可以在具有多个节点的分布式系统上实施，其中本公开的各个部分（例如钻机位置处的本地装置或者远程控制设施）可以位于分布式系统内的不同节点上。在本发明的一个实施方案中，节点对应于计算机系统。或者，节点可以对应于具有相关联的物理存储器的处理器。或者，节点可以对应于具有共享存储器和/或资源的处理器或者处理器的微芯片。另外，呈用于执行本发明的实施方案的计算机可读程序代码形式的软件指令可以临时或永久地存储在计算机可读介质上，例如致密盘(CD)、磁盘、磁带、存储器或者任何其它计算机可读存储装置。
所述计算装置包括用于执行被配置成实行各种功能的应用程序和软件指令的处理器701，和用于存储软件指令和应用数据的存储器702。用于执行本发明实施方案的软件指令可以存储在任何有形的计算机可读介质上，例如致密盘(CD)、磁盘、磁带、如跳跃驱动器或闪速存储器驱动器的存储棒，或者可以通过计算装置的处理器701读取和执行的任何其它计算机或机器可读存储装置。存储器702可以是闪速存储器、硬盘驱动器(HDD)、永久存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、任何其它类型的合适存储空间或者其任何组合。
计算机系统700通常与使用计算机系统700的使用者/操作者相关联。举例来说，使用者可以是个体、公司、组织、个体群体或者另一个计算装置。在本发明的一个或多个实施方案中，使用者是钻井工程师，其使用计算机系统700来远程访问位于钻井机具处的液体分析器。
有利地，本公开的实施方案可以提供用于测定液体（如钻井液或完井液）的电稳定性、粘度和/或胶凝强度的自动化系统。所述自动化系统可以能够从远程位置来加以控制，而且能够执行各种取样和测试协议，从而使系统不需要很多人工监督便可运行。系统也可以提供更稳健和准确的分析，如可以对一个液体样品进行多次测试，从而允许系统或操作者去除异常值和/或错误读数。
同样有利地，所述系统可以是封闭系统，从而使压力受到控制。压力控制也可以是对样品的沸点进行调整，从而使得测试期间所需的温度可以减小。所述封闭系统也可以提供更准确的测量，而且可以容易地控制、调节和监测压力。因此，在例行操作期间，对压力或温度敏感的测量装置或组件可能不太会受到影响。
有利地，具有磁性连接件的本公开的实施方案由于密封阻力减小而可以提供更为准确的结果。而且，由于可以同时执行粘度测试、电稳定性测试和胶凝强渡测试，因此测定各个钻井液性质所需要的时间可以减少。由于可以实时地传输数据并测定性质，因此可以根据需要来调整钻井机具处的钻井液，进而降低钻井的总成本，同时潜在地减少钻机损坏事件（诸如井喷）的可能性。
虽然已经参照有限数量的实施方案对本发明进行了描述，但是本领域技术人员鉴于本公开将认识到可以设计出其它实施方案而不背离本文所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应该仅由附加权利要求书来限制。

Claims (27)

1.一种用于测量液体样品的电稳定性的自动化电稳定性仪表，所述仪表包括：
外壳，其具有入口和出口；
至少一个控制阀，其安置于靠近所述入口处并且被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中；
电子控制模块，其被构造成向所述至少一个阀门发送信号；以及
探头组合件，其操作性地连接到所述电子控制模块，所述探头组合件包括：
电极探头，其具有两个电极和介于两个电极之间的探头间隙。
2.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括被构造成周期性地清洗所述探头间隙的清洗机构。
3.如权利要求2所述的自动化电稳定性仪表，其中所述清洗机构包括旋转圆盘和电机。
4.如权利要求2所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括连接到所述清洗机构的搅拌器。
5.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括安置于所述外壳周围的热套和冷却回路中的至少一个。
6.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括被构造成将所述液体抽取到所述外壳中和从所述外壳中将所述液体抽取出来的泵。
7.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括安置于所述外壳中的温度传感器。
8.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其中所述外壳被加压。
9.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括：
至少一个止回阀。
10.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括：
粘度计套筒，其安置于所述外壳中；
测锤，其安置于所述粘度计套筒中，其中所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中，所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；
电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及
扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。
11.如权利要求1所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括：
安置于所述外壳内的测试室，所述测试室包括：
与所述入口流体连通的注入口；
安置于所述测试室内的载物片，所述载物片包括样品仓；以及
测试口；
安置于所述第二外壳内的x射线荧光光谱仪；以及
操作性地连接到所述测试室的所述载物片的至少一个电机。
12.如权利要求11所述的自动化电稳定性仪表，其进一步包括：
粘度计套筒，其安置于所述外壳中；
粘度计测锤，其安置于所述套筒中，其中所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中，所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；
电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及
扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。
13.一种自动化粘度计，其包括：
外壳，其具有入口和出口；
粘度计套筒，其安置于所述外壳中；
测锤，其安置于所述套筒中，其中所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中，所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；
电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及
扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。
14.如权利要求13所述的自动化粘度计，其进一步包括安置于所述测锤与所述扭矩测量装置之间的磁性连接件。
15.如权利要求13所述的自动化粘度计，其进一步包括安置于靠近所述入口处的至少一个控制阀，以及安置于靠近所述出口处的至少一个控制阀，所述控制阀被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中和从所述外壳中排出液体样品。
16.如权利要求15所述的自动化粘度计，其进一步包括至少一个止回阀。
17.如权利要求13所述的自动化粘度计，其进一步包括被构造成将液体抽取到所述外壳中和将液体从所述外壳中抽取出来的泵。
18.如权利要求13所述的自动化粘度计，其进一步包括安置于所述外壳中的搅拌器，其中所述搅拌器操作性地连接到电机。
19.如权利要求13所述的自动化粘度计，其进一步包括：
安置于所述外壳内的测试室，所述测试室包括：
与所述入口流体连通的注入口；
安置于所述测试室内的载物片，所述载物片包括样品仓；以及
测试口；
安置于所述第二外壳内的x射线荧光光谱仪；以及
操作性地连接到所述测试室的所述载物片的至少一个电机。
20.一种用于控制自动钻井液性质分析器的计算机辅助方法，该方法包括：
在处理器上执行的软件应用程序，该软件应用程序包括用于进行以下操作的指令：
从远程位置向位于钻井位置处的所述钻井液性质分析器发送控制信号；
验证所述控制信号被所述钻井液分析器接收到；
从所述钻井液分析器接收数据；
处理从所述钻井液分析器接收到的所述数据；以及
测定所述钻井液性质分析器中的钻井液的粘度、胶凝强度、电稳定性和组成中的至少一个。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述控制信号包括用来进行以下操作的指令：
将特定体积的钻井液从有源液体系统传送到样品池；
引导所述液体使其穿过电探头，其中所述电探头包括介于两个电极之间的探头间隙；以及
在所述探头间隙两端施加电压。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述控制信号包括用来进行以下操作的指令：
将特定体积的钻井液从有源液体系统传送到样品池；
引导所述样品池中的所述钻井液使其进入介于粘度计的套筒与测锤之间的空间中；以及
以指定速度旋转所述套筒和所述测锤中的至少一个。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述控制信号包括用来进行以下操作的指令：
启动x射线荧光光谱仪来对样品仓内的液体进行取样。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括用来进行以下操作的指令：
自动地处理至少两个钻井液样品。
25.如权利要求24所述的方法，其中至少两次处理所述至少两个钻井液样品的性质。
26.如权利要求20所述的方法，其中将所测定的钻井液性质中的至少一个发送到所述钻井液分析器。
27.如权利要求20所述的方法，其中大体上实时地测定所述至少一个钻井液性质。
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