CN107247008B - 一种测量泥浆密度的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及采油钻井技术领域，一种测量泥浆密度的装置，主要包括底座、圆柱形空心金属壳体、拉力传感器、测量变送单元及测量浮子，所述圆柱形空心金属壳体上方的圆盘连接拉力传感器，拉力传感器的另一端连接纺锤形测量浮子，测得的拉力信号经电缆传输至测量变送单元，所述测量变送单元包括电源管理模块和与其相连的力采集模块、MCU单元及显示模块。由于圆柱形空心金属壳体上安装的滑轮通过滑道随泥浆液面的波动上下浮动，这样就可以保证拉力传感器和测量变送单元在泥浆池外工作，不易被泥浆堵塞甚至损坏，确保测量精度和稳定性。另外，测量浮子采用纺锤形外形，减少了测量浮子表面沉积的淤泥，解决了由于淤泥影响泥浆密度测量的问题。

Description

一种测量泥浆密度的装置
技术领域
本发明涉及一种测量泥浆密度的装置，属于采油钻井技术领域。
背景技术
在石油开采的钻井工作中，钻井的不同阶段和不同的井下情况使用不同密度的泥浆。钻井过程中，在泥浆泵的驱动下，泥浆池注入井下的和由井下返回的泥浆形成循环，泥浆池中的液体是流动的。与钻井相伴的录井工作通过对井下返回的泥浆密度进行实时监测，以判断井下是否出现出水、“井涌”或由于地下“空穴”而引起“井漏”现象。以往采用压差法测量泥浆密度时，传感器必须浸没在泥浆池中，由于泥浆沉积，会使传感器受损，若长期使用后，将会造成泥浆密度测量精度的降低。因此，如何解决由于淤泥致使泥浆密度测量精度下降的问题，是钻井、录井等行业企盼新的设计方案出现。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种测量泥浆密度的装置。该装置中的拉力传感器及测量变送单元均位于泥浆表面的上方，不易被泥浆堵塞，确保了拉力传感器不会受损；另外，测量浮子工作时，浸没在待测泥浆中，由于测量浮子外形制成纺锤形，不仅降低了测量浮子表面沉积淤泥的可能性，而且还可以借助泥浆自身的循环流动冲刷掉沉积在测量浮子上表面的淤泥，解决了由于淤泥导致的泥浆密度测量精度下降的问题。
为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种测量泥浆密度的装置，包括底座、圆盘、圆柱形空心金属壳体、金属细杆、拉力传感器、测量变送单元、测量浮子及电缆，所述底座上焊接有垂直于底座的第一、二滑道，所述第一、二滑道顶部焊接有横梁，所述测量变送单元安装在横梁上，所述圆盘位于圆柱形空心金属壳体上方，圆盘底部通过焊接与三脚架一端固定连接，三脚架另一端通过焊接与圆柱形空心金属壳体顶部固定连接，所述圆盘底部中心处通过螺丝与拉力传感器上端固定连接，拉力传感器下端通过金属细杆穿过圆柱形空心金属壳体中间空心部分与测量浮子固定连接，所述圆柱形空心金属壳体左侧安装有第一、二滑轮并与第一滑道滑动连接，圆柱形空心金属壳体右侧安装有第三、四滑轮并与第二滑道滑动连接，用于圆柱形空心金属壳体沿着两侧竖直的滑道上下移动，所述测量变送单元通过电缆与拉力传感器连接；所述测量变送单元，包括力采集模块、MCU单元、显示模块及电源管理模块，所述力采集模块包括拉力信号输入电路及与其相连的模拟信号调理电路，所述MCU单元包括信号采集接口并与其依次相连的数据处理模块和数据输出接口，所述显示模块包括液晶显示器及通信电路，所述电源管理模块分别与力采集模块、MCU单元及显示模块相连，所述模拟信号调理电路通过AD转换接口与信号采集接口相连，所述数据输出接口通过SPI接口与液晶显示器相连，数据输出接口还通过UART接口与通信电路相连。
所述测量浮子外形制成纺锤形。
本发明有益效果是：一种测量泥浆密度的装置，包括底座、圆盘、圆柱形空心金属壳体、金属细杆、拉力传感器、测量变送单元、测量浮子及电缆，所述底座上焊接有垂直于底座的第一、二滑道，所述第一、二滑道顶部焊接有横梁，所述测量变送单元安装在横梁上，所述圆盘位于圆柱形空心金属壳体上方，圆盘底部通过焊接与三脚架一端固定连接，三脚架另一端通过焊接与圆柱形空心金属壳体顶部固定连接，所述圆盘底部中心处通过螺丝与拉力传感器上端固定连接，拉力传感器下端通过金属细杆穿过圆柱形空心金属壳体中间空心部分与测量浮子固定连接，所述圆柱形空心金属壳体左侧安装有第一、二滑轮并与第一滑道滑动连接，圆柱形空心金属壳体右侧安装有第三、四滑轮并与第二滑道滑动连接，用于圆柱形空心金属壳体沿着两侧竖直的滑道上下移动，所述测量变送单元通过电缆与拉力传感器连接；所述测量变送单元，包括力采集模块、MCU单元、显示模块及电源管理模块，所述力采集模块包括拉力信号输入电路及与其相连的模拟信号调理电路，所述MCU单元包括信号采集接口并与其依次相连的数据处理模块和数据输出接口，所述显示模块包括液晶显示器及通信电路，所述电源管理模块分别与力采集模块、MCU单元及显示模块相连，所述模拟信号调理电路通过AD转换接口与信号采集接口相连，所述数据输出接口通过SPI接口与液晶显示器相连，数据输出接口还通过UART接口与通信电路相连。与已有技术相比，拉力传感器及测量变送单元均位于泥浆表面的上方，不易被泥浆堵塞，确保了拉力传感器不会受损；另外，由于测量浮子外形制成纺锤形，不仅降低了测量浮子表面沉积淤泥的可能性，而且还可以借助泥浆自身的循环流动冲刷掉沉积在测量浮子上表面的淤泥，解决了由于淤泥导致的泥浆密度测量精度下降的问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中的测量变送单元原理框图。
图中：1、底座，2、第一滑道，2a、第二滑道，3、测量浮子，4、第一滑轮，4a、第二滑轮，4b、第三滑轮，4c、第四滑轮，5、圆柱形空心金属壳体，6、三脚架，7、金属细杆，8、拉力传感器，9、圆盘，10、电缆，11、横梁，12、测量变送单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种测量泥浆密度的装置，包括底座1、圆盘9、圆柱形空心金属壳体5、金属细杆7、拉力传感器8、测量变送单元12、测量浮子3及电缆10，所述底座1上焊接有垂直于底座的第一、二滑道2、2a，所述第一、二滑道2、2a顶部焊接有横梁11，所述测量变送单元12安装在横梁11上，所述圆盘9位于圆柱形空心金属壳体5的上方，圆盘9的底部通过焊接与三脚架6的一端固定连接，三脚架6的另一端通过焊接与圆柱形空心金属壳体5的顶部固定连接，所述圆盘9的底部中心处通过螺丝与拉力传感器8的上端固定连接，拉力传感器8的下端通过金属细杆7穿过圆柱形空心金属壳体5的中间空心部分与测量浮子3固定连接，所述圆柱形空心金属壳体5的左侧安装有第一、二滑轮4、4a并与第一滑道2滑动连接，圆柱形空心金属壳体5的右侧安装有第三、四滑轮4b、4c并与第二滑道2a滑动连接，用于圆柱形空心金属壳体5沿着两侧竖直的滑道上下移动。以往压差法测泥浆密度时，传感器必须浸没在泥浆池中，由于泥浆沉积，传感器损坏很快。本发明采用的圆柱形空心金属壳体5质量约为1.4kg，直径约为30cm，高度约为25cm，在工作时悬浮于泥浆表面，并能自由浮动，可以保证拉力传感器8在泥浆表面上方测得拉力数据，稳定性较好，不易损坏，其中金属细杆7只是起到传递测量浮子3重力的作用。本发明采用的测量浮子3质量约为2.3kg，体积约为900cm3，测量时，测量浮子3浸没在泥浆中。由于测量浮子3外形制成纺锤形，相比于其他形状而言，不仅减少了沉积在测量浮子表面上的淤泥，而且还可以通过池中泥浆的循环流动冲刷掉沉积在测量浮子表面上的淤泥，解决了由于淤泥导致的泥浆密度测量精度下降的问题。所述测量变送单元12通过电缆10与拉力传感器8连接，也就是说，将拉力传感器8所测拉力信号通过电缆10传输给测量变送单元12。
如图2所示，所述测量变送单元，包括力采集模块、MCU单元、显示模块及电源管理模块，所述力采集模块包括拉力信号输入电路及与其相连的模拟信号调理电路，拉力信号输入即为拉力传感器输出，是一个模拟电压信号，电压大小表示测量浮子所受重力大小。模拟信号调理电路主要包括带宽为1000Hz的低通RC滤波器和以AD8603为核心的放大电路。电信号经模拟信号调理电路后，与MCU单元中的ADC1_1(PA1)、ADC1_2(PA2)、ADC1_1(PA3)引脚相连，由MCU单元内部的ADC模块完成模拟量到数字量的转换。由于标准泥浆密度值是在标准条件下(标准温度和标准大气压)测得，而且井内环境不可预测，泥浆环境条件可能不在标准范围内，该MCU单元内置了线性及温度补偿电路，确保测量精度高、稳定性好。所述MCU单元包括信号采集接口并与其依次相连的数据处理模块和数据输出接口，MCU选取LPC2136芯片，首先信号采集接口通过AD转换接口采集得到力采集模块调理后的拉力数据，所得拉力数据经数据处理模块便可计算出泥浆密度值。数据处理模块主要有两个功能，一是根据称重法原理测量泥浆密度，将采集得到的拉力数据经过计算，实时计算出泥浆的密度值；二是根据泥浆池环境条件，计算出标准条件下的泥浆密度。拉力数据处理后，所得结果经数据输出接口通过SPI接口输出至液晶显示器，用于显示泥浆密度值，保证泥浆密度测量的实时性。数据输出接口还通过UART接口与通信电路相连，使用RS485与计算机通信，用于调试和传输数据。所述电源管理模块分别与力采集模块、MCU单元及显示模块相连，为各部分电路供电，电源控制芯片型号为TPS78230。
本发明测量泥浆密度工作流程如下：首先，用悬绳将所述装置放置于泥浆表面，通过圆柱形空心金属壳体上安装的滑轮通过滑道随泥浆液面的波动上下浮动，这样就可以保证拉力传感器和测量变送单元在泥浆池外工作，不易被泥浆堵塞甚至损坏，确保测量精度和稳定性。拉力传感器测得测量浮子在泥浆中的重力信号通过电缆送至测量变送单元，经放大滤波、数据处理等步骤，再将密度值显示在液晶屏上。所述测量浮子采用纺锤形外形，测量时浸没在待测泥浆中，降低了测量浮子表面沉积淤泥的可能性，解决了由于淤泥影响泥浆密度测量的问题。

Claims (2)

1.一种测量泥浆密度的装置，包括底座、圆盘、圆柱形空心金属壳体、金属细杆、拉力传感器、测量变送单元、测量浮子及电缆，其特征在于：所述底座上焊接有垂直于底座的第一、二滑道，所述第一、二滑道顶部焊接有横梁，所述测量变送单元安装在横梁上，所述圆盘位于圆柱形空心金属壳体上方，圆盘底部通过焊接与三脚架一端固定连接，三脚架另一端通过焊接与圆柱形空心金属壳体顶部固定连接，所述圆盘底部中心处通过螺丝与拉力传感器上端固定连接，拉力传感器下端通过金属细杆穿过圆柱形空心金属壳体中间空心部分与测量浮子固定连接，所述圆柱形空心金属壳体左侧安装有第一、二滑轮并与第一滑道滑动连接，圆柱形空心金属壳体右侧安装有第三、四滑轮并与第二滑道滑动连接，用于圆柱形空心金属壳体沿着两侧竖直的滑道上下移动，所述测量变送单元通过电缆与拉力传感器连接；所述测量变送单元，包括力采集模块、MCU单元、显示模块及电源管理模块，所述力采集模块包括拉力信号输入电路及与其相连的模拟信号调理电路，所述MCU单元包括信号采集接口并与其依次相连的数据处理模块和数据输出接口，所述显示模块包括液晶显示器及通信电路，所述电源管理模块分别与力采集模块、MCU单元及显示模块相连，所述模拟信号调理电路通过AD转换接口与信号采集接口相连，所述数据输出接口通过SPI接口与液晶显示器相连，数据输出接口还通过UART接口与通信电路相连。
2.根据权利要求1所述一种测量泥浆密度的装置，其特征在于：所述测量浮子外形制成纺锤形。
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