CN107860687B - 一种高温高压和低温高压流变仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压和低温高压流变仪，包括样品杯、支架；所述样品杯为圆柱状，所述样品杯内部设有外筒、内筒、长轴、扭簧组合和顶部磁铁；所述支架为圆柱状凹台，包括内部空腔和凹槽，所述空腔内还包括旋转筒、减速器和电机；所述样品杯置于所述凹槽内；所述样品杯和所述支架的中心轴均与所述高温高压和低温高压流变仪的整体中心轴在同一条直线上，所述样品杯底面和所述支架底面平行。本发明解决了从‑10℃到320℃，常压到220Mpa的钻井液流变仪测试需求，且压力控制误差低，粘度测量精度高，且能通过各智能系统对参数进行采集，通过计算机计算得到相应的数值，保证了数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试仪器，尤其是涉及一种高温高压和低温高压流变仪，主要用于测定高温高压和低温高压条件下钻井液的流变性。
背景技术
随着国内油气田勘探开发的不断深入，深井、超深井钻井数量持续增加。深井、超深井地层复杂，井下温度压力高，能准确测量钻井液高温高压流变性显得非常重要。
目前测量泥浆高温高压流变性的测试方法有两种，一种是使用常规流变仪测试经高温高压处理过的泥浆，这种方式不能较好地模拟高温高压井下环境，只能在一定程度上反应出泥浆的热稳定性；
另一种就是在高温高压专用流变仪模拟井下高温高压环境，可以测得深井状态下泥浆的真实性能，然而这种高温高压泥浆流变仪目前存在转速不稳、扭矩测量不精确、实验数据处理不智能等问题。
因此，研究出一种能用于测定高温高压和低温高压条件下的钻井液流变性的流变仪，满足我国深部油气、高温地热、天然气水合物及大陆科学钻探等深部钻探工程的需要，显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高温高压和低温高压流变仪，解决从-10℃到320℃，常压到220Mpa的钻井液流变仪的测试需求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高温高压和低温高压流变仪，包括样品杯、支架和传感器；
所述样品杯为圆柱状；
所述支架为圆柱状凹台，包括内部空腔和凹槽；
所述样品杯置于所述凹槽内；
所述样品杯和所述支架的中心轴均与所述高温高压和低温高压流变仪的整体中心轴在同一条直线上，所述样品杯底面和所述支架底面平行。
采用上述技术方案的有益效果为：圆柱状的样品杯和支架能够更好地旋转，且所述样品杯与支架与流变仪整体同轴，能保证上述所有部件都按同一个中心轴旋转，具有更好的整体性。
进一步地，所述样品杯内部设有外筒、内筒、长轴、扭簧组合和顶部磁铁，且所述外筒、内筒、长轴、扭簧组合和顶部磁铁的中心轴均与所述整体中心轴线在同一条直线上。
采用上述技术方案的有益效果为：更进一步地保证了结构的整体性。
进一步地，所述样品杯的杯壁包括样品杯外壁和样品杯内壁，所述样品杯内壁的中间位置向内设有一柱状进液口，在所述进液口的对称位置设有一柱状出液口，所述样品杯内壁底部的中心位置有一柱状凸起，即与整体中心轴线在同一条直线上；
所述外筒的底部中心位置设有与所述柱状凸起同轴且相适配的凸缘，所述外筒套于所述柱状凸起上；
所述内筒设置于所述外筒内，且所述内筒与所述长轴的一端螺纹相连，所述长轴的另一端穿过所述扭簧组合与所述顶部磁铁螺纹相连。
所述外筒的底部沿筒壁设有一环形磁铁为第一磁铁。
采用上述技术方案的有益效果为：样品杯内壁的中间位置向内设有一柱状进液口，在进液口的对称位置设有一柱状出液口，当被测流体进入样品杯时，由于进液口向内延伸一定距离，且口径较小，可以对被测流体起到缓冲的作用，大大减小了被测流体对样品杯中的部件的冲击力。
通过凸缘可以将外筒套在柱状凸起上，使外筒有了可以旋转的依托，当被测流体充满外筒和内筒之间，外筒旋转时，由于被测流体存在黏性，内筒会偏转一定的角度，且长轴连接着内筒和扭簧组合以及顶部磁铁，扭簧组合也随之偏转，顶部磁铁同样偏转一定的角度，顶部磁铁偏转的角度可以被精确测量，从而计算出被测流体的黏度，本技术方案将不容易测量的物理量转换成容易测量的物理量，简化了测量步骤，保证了本发明的精确度。
进一步地，所述样品杯置于所述凹槽内，所述凹槽与所述样品杯之间有一定间隙，所述凹槽与所述样品杯相邻的一侧表面为凹槽内表面，另一侧表面即不与所述样品杯相邻的一侧表面为凹槽外表面，所述凹槽外表面上部设有一圈加热器，且所述加热器在所述空腔内。
采用上述技术方案的有益效果为：通过加热器来对被测流体进行加热，将其设置于凹槽外表面，使被测流体受热更加均匀，增强了本发明的安全性能。
进一步地，所述空腔内还包括旋转筒、减速器和电机；
所述凹槽的底部套在所述旋转筒内，所述旋转筒的上边沿上设有一环形磁铁为第二磁铁；
所述旋转筒的底部设有减速器，所述减速器的侧面通过连接杆与所述电机相连，所述减速器的顶面通过转动轴与所述旋转筒的底端相连。
采用上述技术方案的有益效果为：旋转筒由电机来驱动，减速器能起到降低转速，增加转矩的作用，能对电机的转速进行有效控制。
进一步地，所述第一磁铁和所述第二磁铁在同一水平位置上，且同一方位上的所述第一磁铁的极性与所述第二磁铁的极性相反。
采用上述技术方案的有益效果为：由于第一磁铁和第二磁铁在同一水平位置上，且同一方位上的第一磁铁的极性与第二磁铁的极性相反，因此，当第一磁铁随着旋转筒一同旋转时，由于磁铁之间的吸引力，能带动第二磁铁旋转从而驱动外筒旋转，通过磁铁来驱动旋转这一过程，相对来说更加节能环保，且能节约成本。
进一步地，所述支架、旋转筒、转动轴和减速器均与所述样品杯同轴。
采用上述技术方案的有益效果为：保证了支架整体与样品杯能进行同轴旋转，更进一步地保证了所述流变仪的整体性。
进一步地，所述高温低压和低温高压流变仪还包括传感器，所述传感器包括磁角度传感器、温度传感器；
所述磁角度传感器设置在所述样品杯的顶端；
所述温度传感器同样与所述样品杯同轴，且依次穿过所述支架底部、所述减速器及其转动轴、旋转筒、凹槽底部和样品杯外壁，并插入所述柱状凸起内。
采用上述技术方案的有益效果为：磁角度传感器能将顶部磁铁所旋转的角度进行精准的测量并将数据传输至数据采集系统，通过这些数据可以进一步计算出被测流体的黏度，温度传感器能收集样品杯内的温度，将温度数据准确地传输给数据采集系统，传感器的精确测量保证了所得数据的准确性，从而保证了本发明的准确度。
进一步地，所述高温高压和低温高压流变仪还包括低温循环系统、压力控制系统、数据采集系统；
所述低温循环系统，用于控制所述样品杯内的样品温度，且所述低温循环系统与所述温度传感器相连；
所述压力控制系统，用于控制所述样品杯内的压力；
所述数据采集模块，用于采集相关数据，所述数据采集模块的输入端分别与所述温度传感器和所述磁角度传感器的输出端相连。
采用上述技术方案的有益效果为：低温循环系统能对被测流体进行冷却，使本发明能满足在实验过程中冷却降温的需求，压力控制系统能控制样品杯内的压力情况，数据采集模块对各实验数据进行采集，最后将所采集的数据发送至计算机进行运算，从而得到相应的结果，通过智能系统的控制，大大降低了压力控制和温度控制的误差，实验数据处理更加智能化，提高了效率，增强了准确性。
进一步地，所述样品杯、支架以及所述样品杯和支架内的部件的材料均需要采用耐腐蚀耐高温材料，经过退火和硬化处理，能够承受零下10℃到320℃的温度范围，可承受的最高测试压力为220Mpa。
采用上述技术方案的有益效果为：增强了本发明的安全性能，并有效提高了本发明的应用范围。
综上所述，本发明提供了一种高压高低温钻井液流变仪，解决了从-10℃到320℃，常压到220Mpa的钻井液流变仪测试需求，且本发明结构紧凑，环环相扣，能够可以承受较高压力，且本发明内置低温循环系统、压力控制系统和数据采集系统，保证了压力控制误差低，粘度测量精度高的效果，体总提升了当前高端钻井液测试仪器的研究和制造水平。
附图说明
图1为本发明一种高压高低温钻井液流变仪的结构图；
其中：1-磁角度传感器，2-顶部磁铁，3-样品杯，4-扭簧组合，5-长轴，6-内筒，7-外筒，8-加热器，9-支架，10-旋转筒，11-减速器，12-温度传感器，13-电机，14-低温循环系统，15-压力控制系统，16-数据采集系统，17-第一磁铁，18-第二磁铁，19-柱状凸起，20-凸缘，21-样品杯外壁，22-样品杯内壁，23-凹槽，24-进液口，25-出液口。
具体实施方式
一种高温高压和低温高压流变仪，包括样品杯3、支架9和传感器；
样品杯3为圆柱状，其杯壁包括样品杯外壁21和样品杯内壁22，在样品杯3的中部位置，样品杯内壁22上设有进液口24，进液口24对称位置设有出液口25，且样品杯内壁22底部的中心位置有一柱状凸起19。
在样品杯3的内部设有外筒7、内筒6、长轴5、扭簧组合4和顶部磁铁2，其中外筒7的底部中心位置设有与柱状凸起19同轴且相适配的凸缘20，外筒7套于柱状凸起19上，外筒7的底部沿筒壁设有一圈磁铁为第一磁铁17，内筒6设置于外筒7内，且内筒6外筒7之间有较大的间隙，且内筒6与长轴5的一端相连，长轴5的另一端穿过扭簧组合4与顶部磁铁2相连。
支架9为圆柱状凹台，包括内部空腔和凹槽23，样品杯3置于凹槽23内，凹槽23与样品杯3之间有一定间隙，凹槽23与样品杯3相邻的一侧表面为凹槽23内表面，另一侧表面即不与样品杯3相邻的一侧表面为凹槽23外表面，凹槽23外表面上部设有一圈加热器8，且加热器8在空腔内。
另外，空腔内还包括旋转筒10、减速器11和电机13。
凹槽23的底部套在旋转筒10内，旋转筒10的上边沿上设有一圈第二磁铁18，而且旋转筒10的底部设有减速器11，减速器11的侧面通过连接杆与电机13相连，减速器11的顶面通过转动轴与旋转筒10的底端相连。
重要的是，第一磁铁17和第二磁铁18在同一水平位置上。
本发明还包括传感器，其中传感器包括磁角度传感器1、温度传感器12；其中磁角度传感器1设置在样品杯3的顶端，温度传感器12同样与样品杯3同轴，且依次穿过支架9底部、减速器11及其转动轴、旋转筒10、凹槽23底部和样品杯外壁21，并插入柱状凸起19内。
与此同时，本发明还包括低温循环系统14、压力控制系统15、数据采集系统16；其中低温循环系统14，用于控制样品杯3内的样品温度，且低温循环系统14与温度传感器12相连，一般低温循环系统14包括冷凝器，通过冷凝器向样品杯3和支架9间的间隙喷射毛细管状的水或其它冷冻液来完成对被测流体的冷却；压力控制系统15，用于控制样品杯3内的压力；数据采集模块，用于采集相关数据，数据采集模块的输入端分别与温度传感器12和磁角度传感器1的输出端相连。
本发明中的样品杯3、支架9以及样品杯3和支架9内的部件的材料均需要采用耐腐蚀耐高温材料，经过退火和硬化处理，能够承受零下10℃到320℃的温度范围，可承受的最高测试压力为220Mpa。
需要说明的是，样品杯3和支架9的中心轴均与本发明的整体中心轴在同一条直线上，且样品杯3和支架9内的各部件的中心轴也与整体中心轴在同一条直线上。
本发明的工作原理为：
当被测流体通过进液口24将外筒7和内筒6之间的间隙填满时，外筒7在旋转筒10带动下旋转，由于流体存在黏性，内筒6也会偏转一定角度，这个角度通过扭簧组合4和顶部磁铁2被外部的磁角度传感器1测得，从而通过数据采集系统16传输至计算机，反映出流体的黏度。
样品杯3置于带有加热器8的支架9中，可以被均匀加热，并且在样品杯3外部设计有低温液循环装置，通过借助外部低温循环装置，来对被测流体进行冷却，实现低温测量。
压力控制系统15与样品杯3相连，可以控制样品杯3内的压力；
本发明可以用于测量高温——极限温度为320摄氏度、高压——极限压力220MPa，低温——最低温度零下10摄氏度、高压——极限压力220MPa的条件下流体的流变性。
并且通过计算机控制温度和压力，可实现试验过程的操作方便性及精确性。
综上所述，本发明解决了从-10℃到320℃，常压到220Mpa的钻井液流变仪测试需求，且压力控制误差低，粘度测量精度高，且能通过各智能系统对参数进行采集，通过计算机计算得到相应的数值，保证了数据的准确性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种高温高压和低温高压流变仪，其特征在于，包括样品杯、支架；
所述样品杯为圆柱状；所述支架为圆柱状凹台，包括内部空腔和凹槽；所述样品杯置于所述凹槽内；所述凹槽与所述样品杯相邻的一侧表面为凹槽内表面，另一侧表面即不与所述样品杯相邻的一侧表面为凹槽外表面，所述凹槽外表面上部设有一圈加热器，且所述加热器在所述空腔内；所述样品杯和所述支架的中心轴均与所述高温高压和低温高压流变仪的整体中心轴在同一条直线上，所述样品杯底面和所述支架底面平行；
所述样品杯内部设有外筒、内筒、长轴、扭簧组合和顶部磁铁，且所述外筒、内筒、长轴、扭簧组合和顶部磁铁的中心轴均与所述整体中心轴在同一条直线上；
所述样品杯的杯壁包括样品杯外壁和样品杯内壁，所述样品杯内壁的中间位置向内设有一柱状进液口，在所述进液口的对称位置设有一柱状出液口，所述样品杯内壁底部的中心位置有一柱状凸起，所述柱状凸起与整体中心轴线在同一条直线上；所述外筒的底部中心位置设有与所述柱状凸起同轴且相适配的凸缘，所述外筒套于所述柱状凸起上；所述内筒设置于所述外筒内，且所述内筒与所述长轴的一端通过螺纹相连，所述长轴的另一端穿过所述扭簧组合与所述顶部磁铁螺纹相连；所述外筒的底部沿筒壁设有一环形磁铁为第一磁铁；
所述空腔内还包括旋转筒、减速器和电机；所述凹槽的底部套在所述旋转筒内，所述旋转筒的上边沿上设有一环形磁铁为第二磁铁；所述旋转筒的底部设有减速器，所述减速器的侧面通过连接杆与所述电机相连，所述减速器的顶面通过转动轴与所述旋转筒的底端相连；
所述高温低压和低温高压流变仪还包括传感器，所述传感器包括磁角度传感器、温度传感器；所述磁角度传感器设置在所述样品杯的顶端；所述温度传感器同样与所述样品杯同轴，且依次穿过所述支架底部、所述减速器及其转动轴、旋转筒、凹槽底部和样品杯外壁，并插入所述柱状凸起内；
所述高温高压和低温高压流变仪还包括低温循环系统、压力控制系统、数据采集系统；所述低温循环系统，用于控制所述样品杯内的样品温度，且所述低温循环系统与所述温度传感器相连；所述压力控制系统，用于控制所述样品杯内的压力；所述数据采集系统，用于采集相关数据，所述数据采集模块的输入端分别与所述温度传感器和所述磁角度传感器的输出端相连；
所述低温循环系统包括冷凝器，通过所述冷凝器向样品杯和支架间的间隙喷射毛细管状的水或其它冷冻液来完成对被测流体的冷却。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压和低温高压流变仪，其特征在于：所述第一磁铁和所述第二磁铁在同一水平位置上，且同一方位上的所述第一磁铁的极性与所述第二磁铁的极性相反。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压和低温高压流变仪，其特征在于：所述支架、旋转筒、转动轴和减速器均与所述样品杯同轴。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压和低温高压流变仪，其特征在于：所述样品杯、支架和所述样品杯和支架内的各部件的材料均包括耐腐蚀耐高温材料，经过退火和硬化处理。
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