CN109781496B - 一种检测液配制装置及钻井液综合性能智能检测分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测液配制装置及钻井液综合性能智能检测分析系统，涉及检测设备技术领域。检测液配制装置包括第一安装平台、样品杯、加压模块和检测液配置模块，样品杯安装于第一安装平台，加压模块位于样品杯的上方，检测液配置模块安装于样品杯下方；加压模块包括位于样品杯杯口上方的注料头、用于驱动注料头上下移动的加压驱动件、输液管路和输气管路，注料头上设置有注液口和注气口，注液口与输液管路的出口连通，注气口与输气管路的出口连通；样品杯底部设置有溢液口，检测液配置模块包括顶部开口的配液管和用于驱动配液管在样品杯下方运动的配液管驱动件。钻井液综合性能智能检测分析系统包括上述检测液配制装置。

Description

一种检测液配制装置及钻井液综合性能智能检测分析系统

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，具体而言，涉及一种检测液配制装置及钻井液综合性能智能检测分析系统。

背景技术

钻井液是钻探过程中孔内使用的循环冲洗介质，是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

一般而言实验室对泥浆的分析分为以下几个步骤：(1)实验室中操作员倒取适量泥浆后，使用专用粘度计测定粘度值；(2)实验室中人员使用专用仪器进行加压过滤泥浆；(3)实验室中人员提取适量的过滤泥浆进行配比做离子成分分析(滴定法)，操作流程和方法参照：GB_T 16783.1-2014。(4)通过计算确定离子含量等数据，数据报表提出；(5)测试完后的泥浆回收后统一处理；(6)清洗各类仪器、器皿。

对于泥浆的分析特别是滤液配比操作十分繁琐，没有专门针对泥浆分析的设备，导致整个过程费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测液配制装置，旨在对样品进行加压得到滤液后进行检测液的配置，操作方便。

本发明的另一目的在于提供一种钻井液综合性能智能检测分析系统，其操作方便，能够减少人力的消耗。

本发明是这样实现的：

一种检测液配制装置，包括第一安装平台、样品杯、加压模块和检测液配置模块，样品杯安装于第一安装平台，加压模块安装于第一安装平台且位于样品杯的上方，检测液配置模块安装于样品杯下方；

加压模块包括位于样品杯杯口上方的注料头、用于驱动注料头上下移动的加压驱动件、输液管路和输气管路，注料头上设置有注液口和注气口，注液口与输液管路的出口连通，注气口与输气管路的出口连通；

样品杯底部设置有溢液口，检测液配置模块包括顶部开口的配液管和用于驱动配液管在样品杯下方运动的配液管驱动件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，样品杯包括底部杯体和顶部杯体，底部杯体的外径大于顶部杯体的外径，加压驱动件包括安装块和用于驱动安装块上下移动的加压气缸，注料头位于安装块底部，安装块的形状与顶部杯体的杯口形状相匹配。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加压模块还包括安装支架，安装支架的底部固定于第一安装平台上，加压气缸安装于安装支架的顶部；

输液管路和输气管路位于安装块的内部，安装块的底部还设置有用于测量液位的第一检测电极。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一安装平台上设置有与顶部杯体相配合的安装缺口，安装缺口处设置有卡片，顶部杯体的侧壁上设置有与卡片相配合的卡槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，配液管包括第一配液管和管径小于第一配液管的第二配液管，第一配液管和第二配液管的顶部侧壁之间设置有连通管。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，检测液配制装置还包括第二安装平台，检测液配置模块安装于第二安装平台上，配液管驱动件用于驱动配液管在第二安装平台下方水平运动；

在第二安装平台和第一安装平台之间设置有至少两个加固板，每个加固板的顶部与第一安装平台固定连接，每个加固板的底部与第二安装平台固定连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一配液管和第二配液管均包括顶部硬管和底部软管，底部软管的顶部管口套设于顶部硬管的底部管口处；

第二安装平台上还安装有用于夹持底部软管的夹持气缸。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第二安装平台上还设置有用于对配液管内加水的输水管路，输水管路包括纯水输水管和压缩空气管，纯水输水管和压缩空气管的出水口均位于第二安装平台的底部。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，检测液配制装置还包括样品过渡杯和用于驱动样品过渡杯运动的过渡杯驱动件，过渡杯驱动件安装于第一安装平台上，样品过渡杯的底部高于样品杯的顶部。

一种钻井液综合性能智能检测分析系统，包括离子浓度计和上述检测液配制装置。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的检测液配制装置，其通过将样品杯安装在第一安装平台上，加压驱动件驱动注料头伸入至样品杯中，通过注料头上的注液口将来自输液管路中的泥浆等待检测物输送至样品杯中，到达指定位置后通过注料头上的注气口将来自输气管路中的气体输入样品杯中，可以对泥浆等物料进行加压，产生的滤液从底部的溢液口输出进入配液管中，然后根据采集到滤液的体积加入纯水配置成检测液。整个装置可以，为泥浆等物料的浓度检测配置检测液，操作方便，缩短了检测液的配置时长。

本发明还提供了一种钻井液综合性能智能检测分析系统，包括上述检测液配制装置，适合于泥浆等物料的检测工作，操作方便，适合于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的检测液配制装置的第一视角结构示意图；

图2是图1中注料头的结构示意图；

图3是图1中Ⅲ区的放大图；

图4是图1中配液管的结构示意图；

图5是本发明实施方式提供的检测液配制装置的第二视角结构示意图；

图6是图5中Ⅵ区的放大图；

图7是本发明实施方式提供的钻井液综合性能智能检测分析系统。

图标：100b-检测液配制装置；110-第一安装平台；111-安装缺口；112-卡片；120-样品杯；121-底部杯体；122-顶部杯体；123-卡槽；130-加压模块；131-注料头；132-加压驱动件；133-注液口；134-注气口；135-安装支架；136-安装块；137-加压气缸；138-第一检测电极；140-检测液配置模块；141-配液管；142-配液管驱动件；143-第一配液管；144-第二配液管；145-连通管；146-顶部硬管；147-底部软管；150-第二安装平台；160-加固板；170-夹持气缸；180-输水管路；181-纯水输水管；182-压缩空气管；191-样品过渡杯；192-过渡杯驱动件；193-第二检测电极；194-检测电极驱动件；10-钻井液综合性能智能检测分析系统；100-粘度计测量机构；200-机箱；300-泥浆罐；500-浓度检测机构；600-人机界面。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参照图1，本发明实施例提供了一种检测液配制装置100b，包括第一安装平台110、第二安装平台150、样品杯120、加压模块130和检测液配置模块140。

样品杯120安装于第一安装平台110，加压模块130安装于第一安装平台110且位于样品杯120的上方，检测液配置模块140安装于样品杯120下方。第一安装平台110和第二安装平台150为整个装置的支架，加压模块130是对样品杯120中的物料进行加压使液体进入检测液配置模块140中进行收集，最后加入纯水进行稀释得到待检测液。

具体地，请结合图1和图2，加压模块130包括位于样品杯120杯口上方的注料头131、用于驱动注料头131上下移动的加压驱动件132、输液管路和输气管路(图未示)，注料头131上设置有注液口133和注气口134，注液口133与输液管路的出口连通，注气口134与输气管路的出口连通。注料头131用于对下方的样品杯120进行加料和加气，注液口133和注气口134均位于注料头131的底部，在注料头131的内部可以设置输液通道和输气通道，分别与外置的输液管路和输气管路连通，可以在外置管路上设置调节阀门，以控制输液和输气的时间。

进一步地，加压模块130还包括安装支架135，安装支架135的底部固定于第一安装平台110上，加压驱动件132包括安装块136和用于驱动安装块136上下移动的加压气缸137，加压气缸137安装于安装支架135的顶部；输液管路和输气管路位于安装块136的内部，安装块136的底部还设置有用于测量液位的第一检测电极138。安装支架135用于将加压驱动件132安装于第一安装平台110上，使整个装置的操作稳定性更高。加压气缸137安装于安装支架135的顶部用于控制安装块136上下运动。

具体地，在需要对底部的样品杯120中加入泥浆等物料时，使加压气缸137驱动安装块136下移，进而使注液口133和注气口134位于样品杯120中，打开输液管路使物料输送至样品杯120中，利用第一检测电极138检测样品杯120中的液面高度，达到指定高度后再关闭输液管路，打开输气管路对样品杯120进行加压。

需要补充的是，加压气缸137可以为做往复直线运动的机械元件，包括端盖、活塞杆、活塞和密封件等部件。第一检测电极138为一般的电极式液位计，可以将检测的信号反馈至指定的控制器并进行显示，此部分的结构和工作原理也不做过多赘述。

进一步地，样品杯120底部设置有溢液口(图未示)，溢液口位于样品杯120底部，当有气体通入样品杯120中后，粘稠度较大的泥浆会从样品杯120的底部输出滤液，进入下方的检测液配置模块140中。

优选地，样品杯120包括底部杯体121和顶部杯体122，底部杯体121的外径大于顶部杯体122的外径，注料头131位于安装块136底部，安装块136的形状与顶部杯体122的杯口形状相匹配。发明人改进了样品杯120的形状，将其设置有上细下粗的两部分，使样品杯120便于固定。

请结合图1和图3，第一安装平台110上设置有与顶部杯体122相配合的安装缺口111，安装缺口111处设置有卡片112，顶部杯体122的侧壁上设置有与卡片112相配合的卡槽123。利用顶部杯体122上的卡槽123和第一安装平台110上的卡片112的配合实现卡接，同时可以配合底部杯体121的外壁上设置加固底座，并使加固底座与第一安装平台110固定连接，提高整个装置操作的稳定性。

请参照图1和图4，检测液配置模块140包括顶部开口的配液管141和用于驱动配液管141在样品杯120下方运动的配液管驱动件142。对样品杯120中进行加压之前，可以利用配液管驱动件142使配液管141移动至样品杯120下方，用于接收加压过程中从样品杯120的溢液口产生的滤液。

优选地，配液管141包括第一配液管143和管径小于第一配液管143的第二配液管144，第一配液管143和第二配液管144的顶部侧壁之间设置有连通管145。可以采用第二配液管144用于接受加压过程产生的滤液，当体积过大时滤液会通过连通管145进入第一配液管143中，防止管内体积过大而溢出。

进一步地，检测液配置模块140安装于第二安装平台150上，配液管驱动件142用于驱动配液管141在第二安装平台150下方水平运动，第二安装平台150在样品杯120底部对应位置处设置缺口，以使样品杯120产生的滤液进入下方的配液管141中。在另外的实施例中，样品杯120位于第二安装平台150的边缘，使第二安装平台150不会阻挡样品杯120产生的液体进入下方的配液管141中。

优选地，为增加整体装置连接的稳固性，在第二安装平台150和第一安装平台110之间设置有至少两个加固板160，每个加固板160的顶部与第一安装平台110固定连接，每个加固板160的底部与第二安装平台150固定连接。在一些实施例中，可以在加固板160上开设缺口，以便于观察其他设备的运行情况。

进一步地，第一配液管143和第二配液管144均包括顶部硬管146和底部软管147，底部软管147的顶部管口套设于顶部硬管146的底部管口处；第二安装平台150上还安装有用于夹持底部软管147的夹持气缸170。通过夹持气缸170在正常情况下夹持住底部软管147，防止漏液。顶部硬管146可以为石英管，底部软管147可以为硅胶管。具体地，夹持气缸170为现有装置，其通过控制两个夹板之间的间距对底部软管147进行夹持和松开。

进一步地，检测液配制装置100b还包括样品过渡杯191和用于驱动样品过渡杯191运动的过渡杯驱动件192，过渡杯驱动件192安装于第一安装平台110上，样品过渡杯191的底部高于样品杯120的顶部。在将样品通过注料头131输入样品杯120之前，先通过过渡杯驱动件192使样品过渡杯191位于注料头131下方，将管路中的水、空气排出，然后将样品过渡杯191复位。

请参照图5和图6，第二安装平台150上还设置有用于对配液管141内加水的输水管路180，输水管路180包括纯水输水管181和压缩空气管182，纯水输水管181和压缩空气管182的出水口均位于第二安装平台150的底部。纯水输水管181连接有去离子水生产设备，将经过处理的超纯水输送过来，通过底部的配液管驱动件142驱动配液管141至输水管路180出水口的下方，使纯水加入配液管141中配置指定体积配比的检测液。压缩空气管182可以用于连接自来水管压缩空气气源，将压缩空气输送过来用于对配液管141及其它设备进行清洗。具体操作可以通过内部进行加压，使配液管141内部液体快速排空，将离子水通过输水管路180输送过来用于对配液管141及其它设备进行清洗。

在一些实施例中，检测液配制装置100b还包括第二检测电极193和用于驱动第二检测电极193上下运动的检测电极驱动件194。第二检测电极193和第一检测电极138均为检测体积的电极，第二检测电极193用于检测配液管141中的体积，将信号反馈至控制系统，计算所需纯水用量。

需要指出的是，以上体积的驱动件可以均与控制面板电连接，由内置程序控制驱动件进行驱动以及复位。上述控制面板可以为一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器；处理器也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该控制器可以是STM32系列的处理器，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。

需要补充的是，检测液配制装置100b整体工作流程可以分为以下几步：(1)利用样品过渡杯191将注料头131管路中的空气和水排出，然后复位。(2)检测到样品杯120到位后，利用加压气缸137将注料头131伸入样品杯120中进行注浆，第一检测电极138与注入泥浆接触时停止注浆，并打开气源对样品杯120进行加压并保持在0.69Mpa约30分钟，再打开气源进行加压的同时配液管驱动件142将配液管141移动至样品杯120下方收集加压后样品杯120溢出的液体(同时夹持气缸170动作将出料软管夹持)；在保压时间截止后，注料头131和夹持气缸170复位。(3)第二检测电极193在检测电极驱动件194的驱动下缓慢放入配液管141中，当电极接通后数据输出并显示配液管141中液体体积(ml)；电极检测并反馈出配液管141液体体积后，自动配比气缸动作，将纯水管接入配液管141中，按计算比例进行配比确定加入多少ml纯水。

本发明实施例还提供一种钻井液综合性能智能检测分析系统10，包括上述检测液配制装置100b，适合于泥浆等物料的检测工作，操作方便，适合于推广应用。

请参照图7，钻井液综合性能智能检测分析系统10包括粘度计测量机构100、泥浆罐300、机箱200、浓度检测机构500、检测液配制装置100b以及人机界面600。

具体地，机箱200用于粘度计测量机构100、泥浆罐300、浓度检测机构500、检测液配制装置100b以及人机界面600。粘度计测量机构100、泥浆罐300以及检测液配制装置100b连通，可以为粘度计测量机构100和检测液配制装置100b提供泥浆。

粘度计测量机构100可以为现有的用于检测粘度的装置，其型号可以为ATAGO型粘度计。检测液配制装置100b是将泥浆稀释后配制成特定的待测液，然后应用浓度检测机构500进行浓度检测。人机界面600同时与粘度计测量机构100、泥浆罐300、检测液配制装置100b和浓度检测机构500电连接。

在其他实施方式中，泥浆罐300、浓度检测机构500、检测液配制装置100b以及人机界面600不限于附图中的具体结构，可以是现有技术。例如泥浆罐300可以为市售的各种类型大小的可以进出液的罐体或存储罐等。检测液配制装置100b包括可以手动配制的各种实验室常规设备。浓度检测机构500例如可以为现有的用于离子浓度检测的设备，或者污泥浓度检测设备等。

在本申请的其他实施方式中，也可以不包括人机界面600。

综上所述，本发明提供了一种检测液配制装置，其通过将样品杯安装在第一安装平台上，加压驱动件驱动注料头伸入至样品杯中，通过注料头上的注液口将来自输液管路中的泥浆等待检测物输送至样品杯中，到达指定位置后通过注料头上的注气口将来自输气管路中的气体输入样品杯中，可以对泥浆等物料进行加压，产生的滤液从底部的溢液口输出进入配液管中，然后根据采集到滤液的体积加入纯水配置成检测液。整个装置可以为泥浆等物料的浓度检测配置检测液，操作方便，缩短了检测液的配置时长。

本发明还提供的一种钻井液综合性能智能检测分析系统，包括离子浓度计和上述检测液配制装置，通过上述检测液配制装置进行检测液的配置，然后通过离子浓度计进行浓度的检测。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测液配制装置，其特征在于，包括第一安装平台、样品杯、加压模块和检测液配置模块，所述样品杯安装于所述第一安装平台，所述加压模块安装于所述第一安装平台且位于所述样品杯的上方，所述检测液配置模块安装于所述样品杯下方；

所述样品杯包括底部杯体和顶部杯体，所述底部杯体的外径大于所述顶部杯体的外径；所述样品杯底部设置有溢液口；

所述加压模块包括位于所述样品杯杯口上方的注料头、用于驱动所述注料头上下移动的加压驱动件、输液管路和输气管路，所述注料头上设置有注液口和注气口，所述注液口与所述输液管路的出口连通，所述注气口与所述输气管路的出口连通；所述加压驱动件包括安装块和用于驱动所述安装块上下移动的加压气缸，所述注料头位于所述安装块底部，所述安装块的形状与所述顶部杯体的杯口形状相匹配；所述输液管路和所述输气管路位于所述安装块的内部，所述安装块的底部还设置有用于测量液位的第一检测电极；所述加压模块还包括安装支架，所述安装支架的底部固定于所述第一安装平台上，所述加压气缸安装于所述安装支架的顶部；

所述检测液配置模块包括顶部开口的配液管和用于驱动所述配液管在所述样品杯下方运动的配液管驱动件；所述检测液配制装置还包括第二安装平台，所述检测液配置模块安装于所述第二安装平台上，所述配液管驱动件用于驱动所述配液管在所述第二安装平台下方水平运动；所述配液管包括第一配液管和管径小于所述第一配液管的第二配液管，所述第一配液管和所述第二配液管的顶部侧壁之间设置有连通管；

所述第二安装平台上还设置有用于对所述配液管内加水的输水管路，所述输水管路包括纯水输水管和压缩空气管，所述纯水输水管和所述压缩空气管的出口均位于所述第二安装平台的底部。

2.根据权利要求1所述的检测液配制装置，其特征在于，所述第一安装平台上设置有与所述顶部杯体相配合的安装缺口，所述安装缺口处设置有卡片，所述顶部杯体的侧壁上设置有与所述卡片相配合的卡槽。

3.根据权利要求1所述的检测液配制装置，其特征在于，在所述第二安装平台和所述第一安装平台之间设置有至少两个加固板，每个所述加固板的顶部与所述第一安装平台固定连接，每个所述加固板的底部与所述第二安装平台固定连接。

4.根据权利要求1所述的检测液配制装置，其特征在于，所述第一配液管和所述第二配液管均包括顶部硬管和底部软管，所述底部软管的顶部管口套设于所述顶部硬管的底部管口处；

所述第二安装平台上还安装有用于夹持所述底部软管的夹持气缸。

5.根据权利要求1所述的检测液配制装置，其特征在于，所述检测液配制装置还包括样品过渡杯和用于驱动所述样品过渡杯运动的过渡杯驱动件，所述过渡杯驱动件安装于所述第一安装平台上，所述样品过渡杯的底部高于所述样品杯的顶部。

6.一种钻井液综合性能智能检测分析系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的检测液配制装置。

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