CN112082906A - 一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置 - Google Patents

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王忠杰
罗云凤
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Abstract

本发明一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，属于钻井液流变性测量领域。该装置包括泵、加热装置、流量计、两个断面面积不同的矩形断面管通过管线连接，在两个矩形断面管的进出口端部上分别安装两个压力传感器。本发明解决了常规钻井液流变性测量中存在的问题，提高了测量精度，实现了自动化实时测量不同温度下的钻井液流变性。

Description

一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置
技术领域
本发明属于钻井液流变性测量装置领域，尤其涉及一种钻井液流变性的自动化在线测量装置，适用于现场钻井液流变性能的自动化在线测量。
背景技术
钻井液的流变性一般包括流体的粘度、静切力、动切力和剪切稀释特性等。这些流变性的掌握和调整，与提高钻井速度和井下安全有很重要的关系。钻井液流变性关系到：（1）钻井液携带钻屑、清洁井眼的能力 ；（2）悬浮能力 ；（3）对井壁的稳定作用 ；（4）钻井参数的优化设计——钻头水马力设计和循环压耗的计算等等。所以钻井液流变学及流变性的测量研究一直深受重视。
目前石油钻井现场主要采用范式黏度计测量钻井液的流变性。其基本原理是：电机经传动装置带动外筒恒速旋转，借助于被测液体的粘滞性作用于内筒一定的扭矩，带动与扭力弹簧相连的内筒旋转一个角度，通过这个角度计算作用于内筒上剪切应力。测量不同恒定转速下的剪切应力从而计算出钻井液的流变参数。这种仪器测量范围宽，测量方便，多少年来一直是现场钻井液工程师的重要仪器；但是，这种仪器是手动测量仪器，用于指导现场存在诸多问题：首先，泥浆的手动取样和手动测量增加了现场工作人员的劳动量，而且增加了实验人员在有害环境下的暴露时间，不利于现场人员的身体健康；其次是手动测量人为误差大，数据可靠性差；第三是手动测量往往测量时间间隔大，不利于及时发现并处理井下异常情况，因而不利于井场安全 ；第四是手动测量系统性差，不利于数据的对比分析；第五是常规的流变性测量方法无法测量不同温度下钻井液的流变性变化趋势，不能反映温度对钻井液流变性的影响大小。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种测量数据准确、可测量不同温度条件下现场钻井液流变性变化曲线的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置。
发明的技术方案：
一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，包括泵、加热装置、流量计、矩形断面管、压力传感器；其中：两个断面面积不同的矩形断面管通过管线连接，在两个矩形断面管的进、出口端部分别安装压力传感器；在每个矩形断面管的两端均连接有变换接头，四个变换接头内部流道为流线型，且各变换接头断面面积相等；四个压力传感器和流量计通过信号线连接到数据采集器与数据处理系统上。
上述方案进一步包括：
两个矩形断面管的断面高度相同，宽度分别为整数倍差。
两个矩形断面管的断面高度均为2.75mm，宽度分别为7cm、14cm；每个矩形断面管上的压力传感器与各自对应的矩形断面管进出口端的距离不小于10cm，每对压力传感器相距 50cm。
所述泵为恒流泵，所述流量计为科里奥利质量流量计。
所述加热装置为电加热容器或水浴加热容器或自控温管路电热带。
所述的压力传感器为平面膜压力传感器。
发明的效果：本发明所涉及的装置，采用改变矩形断面管宽度的方法改变速度梯度，可同时测量2个速度梯度下的应力值，所以不需要变化泵的流量来调节速度梯度，有利于流变性的连续测量；另外，该发明装置用恒流泵取样代替手动取样，减少了测试人员劳动强度，改善了现场测试人员的工作环境；同时采用加热装置将钻井液进行加热，可实现连续测量不同温度下的钻井液流变性，所需温度可由加热装置进行调控。
该发明的装置解决了常规钻井液流变性测量中存在的问题，提高了测量精度，实现了自动化实时测量不同温度下的钻井液流变性。
附图说明
图1是一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置示意图；
图1中，1、恒流泵，2、加热装置，3、科里奥利质量流量计，4、5、7、9均为变换接头，5、8为矩形断面管，10、11、12、13均为压力传感器，14、数据采集与处理器，15、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
把恒流泵1的入口管与钻井液容器相连，恒流泵1与加热装置2、流量计3、变换接头、矩形断面管5和8通过管线依次连接后，由矩形断面管8的出口端变换接头9接入钻井液容器，形成循环。数字采集与处理器 14 把流量计 3、压力传感器的信号采集到计算机 15中。
矩形断面管5和矩形断面管8高度 均为2.75mm，长度均为70cm的两个矩形断面管，但两个矩形断面管的宽度不同，分别为 7cm 和 14cm ；
压力传感器均为平面膜压力传感器，每对压力传感器相距50cm，分别测量矩形断面管的压力损耗 ；
4个变换接头均为连接矩形断面管与管线的接头，这种接头的内部流道为流线型，且接头各断面面积相等，用于实现流体的等流速变形。
使用时，连续循环容器中的钻井液，调节加热装置至所需温度，给流经钻井液加热，并实时记录流量和4个压力传感器的压力；根据流量瞬时值、和两个矩形断面管的几何参数计算两矩形断面管内钻井液的流动速度梯度瞬时值，同时根据两个矩形断面管上两对压力传感器所测定的压力损耗和几何参数计算两矩形断面管内的切应力瞬时值，根据两个矩形断面管的速梯和切应力值，计算钻井液的塑性黏度、动切应力、表观黏度、流型指数、稠度系数等流变参数的瞬时值，连续测定这些流变参数的瞬时值，即可实时测量并记录相应温度下的钻井液流变参数，实现不同温度下钻井液流变参数的自动化在线测量。
本发明与现有技术相比具有如下技术优势：第一、可连续测量不同温度下的钻井液流变性；其次，采用恒流泵作为连续取样工具代替手动取样；第三，本发明采用两个厚度相同、长度相同，但宽度不同的两个串联的矩形断面管，以便在恒流泵流量不变的情况下，在两个矩形断面管内产生两个不同的速度梯度瞬时量；第四，用科里奥利质量流量计测量通过串联矩形断面管的流量瞬时值，并分别根据两个矩形断面管的几何尺寸和流量计算两个矩形断面管内的速度梯度瞬时量；第五，分别在每个矩形断面管的两端10cm以上处，各安装一个平面膜压力传感器，用来测量两矩形断面管内的压力损耗瞬时量，并根据两段矩形断面管内的压力损耗瞬时量，计算两管管壁的切应力瞬时量；第六，根据两个不同速度梯度下的切应力瞬时值，计算钻井液流变参数的瞬时量；第七，连续自动测量记录不同温度下钻井液流变参数的瞬时量，实现钻井液流变性的自动化在线测量。

Claims (6)

1.一种温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，包括泵、加热装置、流量计、矩形断面管、压力传感器；其特征是：两个断面面积不同的矩形断面管通过管线连接，在两个矩形断面管的进、出口端部分别安装压力传感器；在每个矩形断面管的两端均连接有变换接头，四个变换接头内部流道为流线型，且各变换接头断面面积相等；四个压力传感器和流量计通过信号线连接到数据采集器与数据处理系统上。
2.根据权利要求1所述的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，其特征在于：两个矩形断面管的断面高度相同，宽度分别为整数倍差。
3.根据权利要求2所述的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，其特征在于：两个矩形断面管的断面高度均为2.75mm，宽度分别为7cm、14cm；每个矩形断面管上的压力传感器与各自对应的矩形断面管进出口端的距离不小于10cm，每对压力传感器相距 50cm。
4.根据权利要求1或2、3所述的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，其特征在于：所述泵为恒流泵，所述流量计为科里奥利质量流量计。
5.根据权利要求1或2、3所述的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，其特征在于：所述加热装置为电加热容器或水浴加热容器或自控温管路电热带。
6.根据权利要求1或2、3所述的温控式钻井液流变性自动化在线测量装置，其特征在于：所述的压力传感器为平面膜压力传感器。
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