CN107543599A - 一种多槽式岩屑排出量测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多槽式岩屑排出量测量装置及其测量方法。现有的岩屑流量测量装置大多只有一个设置在转动轴一侧的捞砂槽。本发明一种多槽式岩屑排出量测量装置，包括收集组件、推拉式电磁铁、称重传感器和机架。收集组件包括转动轴和限位盘。转动轴的侧面上设置有三个捞砂槽。三个捞砂槽沿转动轴的周向均布。转动轴的一端固定有限位盘。限位盘的端面上开设有三个限位孔。三个限位孔沿转动轴轴线的周向均布。所述的机架上固定有两个称重传感器。称重传感器的检测面上均固定有轴承座。水平设置的转动轴两端分别支承在两个轴承座上。本发明能够实现对上行钻井液中岩屑总重量的实时连续测量。

Description

一种多槽式岩屑排出量测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于石油钻井用具技术领域，具体涉及一种多槽式岩屑排出量测量装置及其测量方法。

背景技术

在钻井过程中需要对井下的信息进行收集与分析，从而准确判断井下的钻探情况。通过在钻井过程中实时测量岩屑排出量与变化，能够帮助监测井眼失稳，以及井眼净化不良等问题，为优化钻井提供关键的第一手资料。

目前对于钻井过程中井下岩屑排出量(简称岩屑流量)实时测量的相关研究较少。而缺乏对钻井过程中返出地面的岩屑量的实时测量，就无法预测可能发生的井壁坍塌等井眼失稳事故和井眼净化不良所引起的其他事故。

现有的岩屑流量测量装置大多只有一个设置在转动轴一侧的捞砂槽，进而通过转动轴旋转来带动捞砂槽的翻倒与复位。此类装置有明显的缺点：第一，捞砂槽在完成一次翻倒时，位于捞砂槽上方的振动筛会有岩屑继续落下，此部分岩屑无法完全收集测量，后期需要主机进行数据处理以弥补该信号盲区，再进行累计重量计算，费时费力。第二，由于捞砂槽设置在转动轴的一侧，转动轴在收集、翻倒岩屑时都会受到不平衡扭矩，容易造成转动轴的磨损，降低了装置的使用寿命。第三，捞砂槽的翻到与复位需要电机驱动，需要耗费额外的电能。同时，在井眼处设置电机会带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种机械结构简单，能够连续实时测量岩屑排出量测量装置及其测量方法。

本发明一种多槽式岩屑排出量测量装置，包括收集组件、推拉式电磁铁、称重传感器和机架。所述的收集组件包括转动轴和限位盘。转动轴的侧面上设置有三个捞砂槽。三个捞砂槽沿转动轴的周向均布。转动轴的一端固定有限位盘。限位盘的端面上开设有三个限位孔。三个限位孔沿转动轴轴线的周向均布。所述的机架上固定有两个称重传感器。称重传感器的检测面上均固定有轴承座。水平设置的转动轴两端分别支承在两个轴承座上。

所述的推拉式电磁铁的拉杆水平设置，且推拉式电磁铁与机架固定。推拉式电磁铁的拉杆轴线与转动轴轴线的间距等于限位孔轴线与转动轴轴线的间距。推拉式电磁铁的拉杆朝向限位盘设置。

进一步地，所述的转动轴带动限位盘转动至其中一个限位孔正对推拉式电磁铁拉杆的状态下，三个捞砂槽中的一个朝向正上方。

进一步地，相邻的两个捞砂槽通过一块挡板隔开。三块挡板均固定在转动轴的侧面上，且沿转动轴的周向均布。相邻的两块挡板成120°角设置。转动轴上固定有两块端板。其中一块端板的内侧面与三块挡板的一端固定。另一块端板的内侧面与三块挡板的另一端固定。

进一步地，所述捞砂槽的内壁设置有聚四氟乙烯层。

进一步地，本发明一种多槽式岩屑排出量测量装置还包括控制器。所述的推拉式电磁铁及称重传感器均与控制器相连。

进一步地，本发明一种多槽式岩屑排出量测量装置还包括配电箱。所述的配电箱固定在机架上。所述的控制器固定在配电箱内。所述转动轴与限位盘固定的那端通过配电箱外壳上开设的入轴孔伸入配电箱内。所述的推拉式电磁铁及限位盘均设置在配电箱内。

进一步地，所述三个限位孔的位置与三个捞砂槽的位置分别对应。所述推拉式电磁铁的拉杆位于转动轴的正下方。

该多槽式岩屑排出量测量装置的测量方法如下：

步骤一、上行钻井液中过滤出的岩屑落入朝向上方的捞砂槽内。设置重量记录数s为0。

步骤二、称重传感器持续检测收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g。当收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g达到预设值a后，推拉式电磁铁通电，推拉式电磁铁的拉杆收缩，退出限位孔，收集组件的锁止解除。转动轴向一侧翻转，捞砂槽内的岩屑被完全倒出。

转动轴转动使得限位孔离开推拉式电磁铁的拉杆所在位置后，推拉式电磁铁断电，推拉式电磁铁的拉杆在弹簧的作用下推出并抵在限位盘的端面上，直至限位盘转动到下一个限位孔正对推拉式电磁铁的拉杆，推拉式电磁铁的拉杆在弹簧的作用下伸入正对的限位孔内，锁止收集组件。此时，一个空的捞砂槽朝向上方。

步骤三、将重量记录数s增大1，重复执行步骤二。收集到的岩屑总重量m＝s·(a-b)+g-b，其中，b为收集组件自身的重量。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明中一个捞砂槽翻转倒出岩屑的同时，另一个捞砂槽将马上接替原捞砂槽的位置继续收集岩屑，从而实现了对上行钻井液中岩屑总重量的实时连续测量。避免了现有技术中倒出岩屑的过程中无法继续收集岩屑的问题。使得测量结果更加精准可靠。

2、本发明通过岩屑自身的重量来倾倒捞砂槽的岩屑，无需动力元件进行驱动，大大简化了原本复杂的机械结构，降低了能耗，节约了成本。

3、本发明中三块收集板沿转动轴周向均布，且收集岩屑的捞砂槽位于转动轴的正上方，故转动轴在测量过程中受到的扭矩较小。而现有技术中转动轴设置在捞砂槽的一侧，对转动轴产生的扭矩较大。较大的扭矩会影响重量传感器的测量精度，且降低转动轴的使用寿命。因此本发明的测量精度较现有技术更高，可靠性更高。

4、利用本发明收集到的岩屑总重量，通过泥浆比重法、干岩屑比重法或混合物比重法能够计算出岩屑的返出量。地面的工作人员通过监测岩屑返出量，能够及时了解和掌握钻井过程中井眼结构和井眼净化程度，而实现优化钻井的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中收集组件的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种多槽式岩屑排出量测量装置，包括配电箱1、收集组件、推拉式电磁铁3、称重传感器6、机架7和控制器8。收集组件包括限位盘2、挡板4、转动轴5和端板9。转动轴5的侧面上固定有三块挡板4。三块挡板4沿转动轴5的周向均布，且三块挡板4两两之间成120°角设置。两块呈圆形的端板9均与转动轴5固定。其中一块端板9的内侧面与三块挡板4的一端固定。另一块端板9的内侧面与三块挡板4的另一端固定。三块挡板4与两块端板9合围成沿转动轴5周向均布的三个捞砂槽。捞砂槽的内壁设置有聚四氟乙烯层。聚四氟乙烯层能够防止倾倒岩屑时有部分岩屑粘附在捞砂槽内的作用，影响测量精度。任意一个捞砂槽均由两块端板9及相邻的两块挡板4合围而成。转动轴5的一端固定有限位盘2。限位盘2的端面上开设有三个限位孔。三个限位孔沿转动轴5轴线的周向均布。三个限位孔的位置与三块挡板4的位置分别对应，即三个限位孔的轴线分别在三块挡板垂直于厚度方向的对称面内。机架7上固定有两个称重传感器6。称重传感器6的检测面上均固定有轴承座。水平设置的转动轴5两端分别支承在两个轴承座上。

配电箱1固定在机架7上。转动轴5与限位盘2固定的那端通过配电箱1外壳上开设的入轴孔伸入配电箱1内。限位盘2设置在配电箱1内。配电箱1内固定有推拉式电磁铁3。推拉式电磁铁3的拉杆水平设置。推拉式电磁铁3的拉杆轴线与转动轴5轴线的间距等于限位孔轴线与转动轴5轴线的间距。推拉式电磁铁3的拉杆朝向限位盘2设置，且位于转动轴的正下方。转动轴带动限位盘2转动至其中一个限位孔正对推拉式电磁铁3拉杆的状态下，推拉式电磁铁3拉杆在弹簧的作用下伸入该限位孔，三个捞砂槽中的一个朝向正上方。推拉式电磁铁3的拉杆能够伸入其中一个限位孔后，转动轴5将被锁止，使得捞砂槽无法转动，进而实现岩屑的接收。控制器8固定在配电箱1内。推拉式电磁铁3及称重传感器6均与控制器8相连。

该多槽式岩屑排出量测量装置的测量方法如下：

步骤一、将收集组件放置到振动筛固相出口的正下方。将钻井过程中返出的上行钻井液通入振动筛，振动筛运作，过滤掉上行钻井液中的泥浆，留下岩屑。岩屑从振动筛的固相出口筛出，落入朝向正上方的捞砂槽内。控制器设置重量记录数s为0。

步骤二、称重传感器6持续检测收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g并发送给控制器8。当收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g达到预设值a后，控制器8控制推拉式电磁铁3通电，推拉式电磁铁3的拉杆收缩，退出限位孔，收集组件的锁止解除。由于收集组件内的岩屑重量不均匀，转动轴将向一侧翻转，捞砂槽内的岩屑被完全倒出。转动轴转动使得限位孔离开推拉式电磁铁3的拉杆所在位置后，控制器8控制推拉式电磁铁3断电，推拉式电磁铁3的拉杆在弹簧的作用下推出并抵在限位盘的端面上，直至限位盘转动到下一个限位孔正对推拉式电磁铁3的拉杆，推拉式电磁铁3的拉杆在弹簧的作用下伸入正对的限位孔内，锁止收集组件。此时，一个空的捞砂槽朝向正上方收集岩屑。

步骤三、控制器将重量记录数s增大1，重复执行步骤二。收集到的岩屑总重量m＝s·(a-b)+g-b，其中，b为收集组件自身的重量。

Claims (8)

1.一种多槽式岩屑排出量测量装置，包括收集组件、推拉式电磁铁、称重传感器和机架；其特征在于：所述的收集组件包括转动轴和限位盘；转动轴的侧面上设置有三个捞砂槽；三个捞砂槽沿转动轴的周向均布；转动轴的一端固定有限位盘；限位盘的端面上开设有三个限位孔；三个限位孔沿转动轴轴线的周向均布；所述的机架上固定有两个称重传感器；称重传感器的检测面上均固定有轴承座；水平设置的转动轴两端分别支承在两个轴承座上；

所述的推拉式电磁铁的拉杆水平设置，且推拉式电磁铁与机架固定；推拉式电磁铁的拉杆轴线与转动轴轴线的间距等于限位孔轴线与转动轴轴线的间距；推拉式电磁铁的拉杆朝向限位盘设置。

2.根据权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：所述的转动轴带动限位盘转动至其中一个限位孔正对推拉式电磁铁拉杆的状态下，三个捞砂槽中的一个朝向正上方。

3.根据权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：相邻的两个捞砂槽通过一块挡板隔开；三块挡板均固定在转动轴的侧面上，且沿转动轴的周向均布；相邻的两块挡板成120°角设置；转动轴上固定有两块端板；其中一块端板的内侧面与三块挡板的一端固定；另一块端板的内侧面与三块挡板的另一端固定。

4.根据权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：所述捞砂槽的内壁设置有聚四氟乙烯层。

5.根据权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：还包括控制器；所述的推拉式电磁铁及称重传感器均与控制器相连。

6.根据权利要求5所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：还包括配电箱；所述的配电箱固定在机架上；所述的控制器固定在配电箱内；所述转动轴与限位盘固定的那端通过配电箱外壳上开设的入轴孔伸入配电箱内；所述的推拉式电磁铁及限位盘均设置在配电箱内。

7.根据权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置，其特征在于：所述三个限位孔的位置与三个捞砂槽的位置分别对应；所述推拉式电磁铁的拉杆位于转动轴的正下方。

8.如权利要求1所述的一种多槽式岩屑排出量测量装置的测量方法，其特征在于：

步骤一、上行钻井液中过滤出的岩屑落入朝向上方的捞砂槽内；设置重量记录数s为0；

步骤二、称重传感器持续检测收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g；当收集组件与收集组件内岩屑的重量之和g达到预设值a后，推拉式电磁铁通电，推拉式电磁铁的拉杆收缩，退出限位孔，收集组件的锁止解除；转动轴向一侧翻转，捞砂槽内的岩屑被完全倒出；

转动轴转动使得限位孔离开推拉式电磁铁的拉杆所在位置后，推拉式电磁铁断电，推拉式电磁铁的拉杆在弹簧的作用下推出并抵在限位盘的端面上，直至限位盘转动到下一个限位孔正对推拉式电磁铁的拉杆，推拉式电磁铁的拉杆在弹簧的作用下伸入正对的限位孔内，锁止收集组件；此时，一个空的捞砂槽朝向上方；

步骤三、将重量记录数s增大1，重复执行步骤二；收集到的岩屑总重量m＝s·(a-b)+g-b，其中，b为收集组件自身的重量。