CN114295584B - 基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置和方法，包括：洗砂装置，其包括洗砂器、筛网、挡板、第一喷嘴和第二喷嘴，所述洗砂器顶部设置有进砂口，所述筛网与所述挡板通过转轴呈交叉设置，且其边缘抵接所述洗砂器内壁，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴分布在所述洗砂器内顶部且位于所述进砂口的两侧；集泥装置，其包括泥浆槽、第一液位传感器，所述泥浆槽与所述第一出口连通；检测装置，其包括检测槽、第二液位传感器、散射式红外浊度计、电动搅拌器，所述检测槽与所述第二出口连通。本发明通过红外散射浊度计采集待测泥浆的含砂量，检测效率高，测试结果准确，从而能最大程度避免井塌等钻井事故的发生。

Description

基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置和方法

技术领域

本发明涉及泥浆参数检测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置和方法。

背景技术

在钻探行业中，通常需要对泥浆的含砂量进行测量。泥浆是钻井过程中所必需的工作流体，甚至是保障钻探工程最为关键的技术环节，泥浆性能的好坏决定着钻进过程能否成功。性能优秀的泥浆可以悬排钻渣、稳固井壁、冷却钻头、润滑钻具等，反之则可能造成钻井安全事故，产生巨大经济损失。因此，及时准确地检测泥浆性能参数，及时按需调整泥浆配方是至关重要的。

泥浆的含砂量指泥浆中不能通过200目筛网，或粒径大于74μm的砂粒所占泥浆体积的百分数。若含砂量检测还停留在人工手动检测的阶段，耗时长、成本大且精度不高。若使用分离砂并称重的方法测量，其缺点在于在现场测量环境恶劣，放置在车上会受车辆震动的影响，精密电子秤称量数据会出现偏差。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，还提供一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测方法。本发明运用交叉学科的思想，将光学和自动化的方法融入到泥浆的含砂量检测过程中，实现对泥浆中含砂量在线测量的目的。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，包括：

洗砂装置，其包括洗砂器、筛网、挡板、第一喷嘴和第二喷嘴，所述洗砂器顶部设置有进砂口，所述筛网与所述挡板通过转轴呈交叉设置，且其边缘抵接所述洗砂器内壁，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴分布在所述洗砂器内顶部且位于所述进砂口的两侧，所述洗砂器的底部设置有分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴对应的第一出口和第二出口；

集泥装置，其包括泥浆槽、第一液位传感器，所述泥浆槽与第一出口连通，所述第一液位传感器设置在所述泥浆槽内；

检测装置，其包括检测槽、第二液位传感器、散射式红外浊度计、电动搅拌器，所述检测槽与第二出口连通，所述第二液位传感器、所述散射式红外浊度计、所述电动搅拌器设置在所述检测槽内。

优选的是，所述洗砂器呈圆筒状结构。

优选的是，所述筛网与所述挡板呈十字形结构。

优选的是，所述第二出口上设有第一阀门。

优选的是，所述泥浆槽上设置有第一出液口，所述第一出液口上设有第二阀门，所述检测槽上设有第二出液口，所述第二出液口上设有第三阀门。

本发明提供一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测方法，包括以下步骤：

S1、将待测泥浆通过进砂口送入洗砂器中，采用第一喷嘴喷水冲洗，调整挡板和筛网的位置，使冲洗下来的泥浆流入泥浆槽中；

S2、待第一液位传感器检测泥浆槽中的液面至第一高度后，关闭第一喷嘴；

S3、顺时针转动转轴使筛网旋转90度，打开第二喷嘴喷水冲洗，并打开第一阀门，使冲洗下来的泥浆进入检测槽中，继续转动直至筛网旋转180度；

S4、待第二液位传感器检测的液位没过散射式红外浊度计后，关闭第二喷嘴；

S5、打开电动搅拌器，待检测槽中的液体均匀，散射式红外浊度计开始工作，测其浊度值。

优选的是，还包括：步骤S6、打开第二阀门和第三阀门，将泥浆槽和检测槽中的液体排出。

优选的是，所述散射式红外浊度计发射的红外光的波长范围为80μm-150μm。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置和方法运用交叉学科的思想，将光学和自动化的方法融入到泥浆的含砂量检测过程中，检测效率高，测试结果准确，能够及时的检测泥浆性能参数，按需调整泥浆配方，从而能最大程度避免井塌等钻井事故的发生。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明实施例中的在线检测装置平面结构示意图；

图2是本发明实施例中的在线检测装置的立体结构示意图。

附图标记：洗砂器1、筛网2、挡板3、第一喷嘴401、第二喷嘴402、进砂口5、转轴6、第一出口701、第二出口702、泥浆槽8、第一液位传感器901、第二液位传感器902、检测槽10、散射式红外浊度计11、电动搅拌器12、第一阀门13、第一出液口141、第二出液口142、第二阀门151、第三阀门152、外部控制系统16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“顶部”、“底部”、“两侧”、“内侧”、“内”、“外”、“下端”、“边缘”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，并不是指示或暗示所指的装置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。

如图1～2所示，本发明提供一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，包括：

洗砂装置，其包括洗砂器1、筛网2、挡板3、第一喷嘴401和第二喷嘴402，所述洗砂器1顶部设置有进砂口5，所述筛网2与所述挡板3通过转轴6呈交叉设置，且其边缘抵接所述洗砂器1内壁，筛网2和挡板3分布在进砂口5的两侧，再从进砂口5加入泥浆时，使泥浆能够落在筛网2上，所述第一喷嘴401和所述第二喷嘴402分布在所述洗砂器1内顶部且位于所述进砂口5的两侧，所述洗砂器1的底部设置有分别与所述第一喷嘴401和所述第二喷嘴402对应的第一出口701和第二出口702；

集泥装置，其包括泥浆槽8、第一液位传感器901，所述泥浆槽8与第一出口701连通，所述第一液位传感器901设置在所述泥浆槽8内；

检测装置，其包括检测槽10、第二液位传感器902、散射式红外浊度计11、电动搅拌器12，所述检测槽10与第二出口702连通，所述第二液位传感器902、所述散射式红外浊度计11、所述电动搅拌器12设置在所述检测槽10内。电动搅拌器12固定在检测槽10的内顶部，用于搅拌所述待测液体，使待测砂粒尽可能均匀地分布在清水中，增加浊度值的测量精度。电动搅拌器12为低速电动搅拌器12，其搅拌速度能满足待测溶液中的砂粒悬浮起来即可。

需要说明的是，本实施例的在线检测装置由外部控制系统16控制，外部控制系统包括电源适配器、控制器，外部控制系统用于采集和处理数据以及提供电能，外部控制系统中的控制器可以是PC机、单片机、PLC等。所述第一喷嘴401、所述第二喷嘴402、所述第一液位传感器901、所述第二液位传感器902、所述散射式红外浊度计11、所述电动搅拌器12与控制器电性连接，转轴6由步进电机驱动，步进电机由控制器控制。在本实施例中连接PC机、电源适配器与散射式红外浊度计11的为接线器，接线器为RS485转USB型接线器，它还可以是其他任何满足接线要求的接线器。散射式红外浊度计11所测得的浊度值再通过接线器即可传输到PC机上；所述PC机中安装有串口助手，其可以通过自动问询的功能实时的读取浊度值，以便于在待测溶液中含砂量偏大时，能够实时地对泥浆进行调整，及时避免钻井事故的发生。

还需要说明的是，散射式红外浊度计11包括红外光发射器和红外光接收器，所述红外光发射器和红外光接收器安装在散射式红外浊度计11的下端，所述红外光发射器和红外光接收器浸入到所述待测溶液内，所述散射式红外浊度计11在实验前进行了防水处理；所述红外光发射器和红外光接收器之间的距离为d，所述散射式红外浊度计11与所述检测槽10底部的垂直距离需大于d/2，避免所述检测槽10底部对红外光产生的散射影响测量结果。所述红外光发射器的入射角为45度，所述红外光接收器在与入射光线垂直的90°方向上接收散射光，待测溶液中砂粒的粒径是影响测量结果不准确的一个重要因素，通过前期实验发现，在与入射光垂直的90°方向上接收散射光，会使砂粒的粒径对测量结果的影响减小到最小。

在另外一个实施例中，所述洗砂器1呈圆筒状结构。

在另外一个实施例中，所述筛网2与所述挡板3呈十字形结构，方便制作和使用。

在另外一个实施例中，所述第一出口701上设置有第一阀门，所述第二出口702上设有第一阀门13，方便控制泥浆槽8和检测槽10中是否流入洗涤泥浆的液体。

在另外一个实施例中，所述泥浆槽8上设置有第一出液口141，所述第一出液口141上设有第二阀门151，所述检测槽10上设有第二出液口142，所述第二出液口142上设有第三阀门152，方便排出泥浆槽8和检测槽10中的液体。

基于以上结构，本实施例提供一种基于散射式红外浊度计11的泥浆含砂量在线检测方法，利用散射式红外浊度计11批量测定已知含砂量的泥浆的浊度值，将该值输入到外部控制系统中进行含砂量和对应浊度值的回归分析，从而建立相应的含砂量与浊度值的回归方程，然后利用散射式红外浊度计11测量所述待测溶液的浊度值，通过外部控制系统将该值代入到实验建立的含砂量与浊度值的回归方程中，从而得到所述待测泥浆的含砂量。

所述回归方程的建立按如下步骤进行：

S1、准备好不同粒径的砂粒，用200目的筛网2筛出500g 74μm以上的砂粒备用；

S2、分离洗砂器1与检测槽10，在检测槽10中加入清水使其没过散射式红外浊度计11探头，打开所述电动搅拌器12，接通电源，散射式红外浊度计11开始工作，待散射式红外浊度计11的读数相对稳定后，分20次加入体积分数为0.5％的砂粒到清水中即可得到20组已知含砂量的泥浆，所述串口助手自动问询的时间为0.5s，两次定量加入所述砂粒的间隔时间为30s，则每一组已知含砂量的泥浆可得到多个浊度值，利用所述PC机上的数据处理软件进行含砂量和对应浊度值的回归分析，即可得到通过实验建立的含砂量与浊度值的回归方程。

在线检测方法包括以下步骤：

S1、将待测泥浆通过进砂口5送入洗砂器1中，采用第一喷嘴401喷水冲洗，调整挡板3和筛网2的位置，使冲洗下来的泥浆流入泥浆槽8中；即在加入泥浆时，挡板3上端在进砂口5和第二喷嘴402之间，挡板3下端在第一出口701和第二出口702之间，才能使冲洗下来的泥浆流入泥浆槽8中；

S2、待第一液位传感器901检测泥浆槽8中的液面至第一高度后，关闭第一喷嘴401；

S3、顺时针转动转轴6使筛网2转动90度，打开第二喷嘴402喷水冲洗，并打开第一阀门13，使冲洗下来的泥浆进入检测槽10中，继续转动直至筛网2旋转180度；

S4、待第二液位传感器902检测的液位没过散射式红外浊度计11后，关闭第二喷嘴402；

S5、打开电动搅拌器12，待检测槽10中的液体均匀，散射式红外浊度计11开始工作，测其浊度值；

步骤S6、打开第二阀门151和第三阀门152，将泥浆槽8和检测槽10中的液体排出。

需要说明的是，所述散射式红外浊度计11发射的红外光的波长范围为80μm-150μm。

需要说明的是，可测量的待测泥浆的砂粒粒径范围为74μm-150μm。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，其特征在于，包括：

洗砂装置，其包括洗砂器、筛网、挡板、第一喷嘴和第二喷嘴，所述洗砂器顶部设置有进砂口，所述筛网与所述挡板通过转轴呈交叉设置，且其边缘抵接所述洗砂器内壁，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴分布在所述洗砂器内顶部且位于所述进砂口的两侧，所述洗砂器的底部设置有分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴对应的第一出口和第二出口；

集泥装置，其包括泥浆槽、第一液位传感器，所述泥浆槽与所述第一出口连通，所述第一液位传感器设置在所述泥浆槽内；

检测装置，其包括检测槽、第二液位传感器、散射式红外浊度计、电动搅拌器，所述检测槽与所述第二出口连通，所述第二液位传感器、所述散射式红外浊度计、所述电动搅拌器设置在所述检测槽内；

所述洗砂器呈圆筒状结构。

2.如权利要求1所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，其特征在于，所述筛网与所述挡板呈十字形结构。

3.如权利要求1所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，其特征在于，所述第二出口上设有第一阀门。

4.如权利要求1所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，其特征在于，所述泥浆槽上设置有第一出液口，所述第一出液口上设有第二阀门，所述检测槽上设有第二出液口，所述第二出液口上设有第三阀门。

5.一种基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一项所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测装置，包括以下步骤：

S1、将待测泥浆通过进砂口送入洗砂器中，采用第一喷嘴喷水冲洗，调整挡板和筛网的位置，使冲洗下来的泥浆流入泥浆槽中；

S2、待第一液位传感器检测泥浆槽中的液面至第一高度后，关闭第一喷嘴；

S3、顺时针转动转轴使筛网转动90度，打开第二喷嘴喷水冲洗，并打开第一阀门，继续转动直至筛网旋转180度，使冲洗下来的泥浆进入检测槽中；

S4、待第二液位传感器检测的液位没过散射式红外浊度计后，关闭第二喷嘴；

S5、打开电动搅拌器，待检测槽中的液体均匀，散射式红外浊度计开始工作，测其浊度值。

6.如权利要求5所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测方法，其特征在于，还包括：步骤S6、打开第二阀门和第三阀门，将泥浆槽和检测槽中的液体排出。

7.如权利要求5所述的基于散射式红外浊度计的泥浆含砂量在线检测方法，其特征在于，所述散射式红外浊度计发射的红外光的波长范围为80μm-150μm。