CN117030541A - 钻井液粘度在线检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井液粘度在线检测装置及其方法，装置包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；第二转筒同轴设置在第一转筒外，其内壁与第一转筒的外壁之间具有第一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液；第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内的待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；测速模块，能够实时测量第一转筒的转速；控制模块，连接测速模块，包括计时单元和计算单元，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。本发明避免了因检测装置长时间测量产生疲劳损坏，实现了钻井液粘度的在线检测。

Description

钻井液粘度在线检测装置及其方法

技术领域

本申请涉及钻井液检测领域，具体而言，涉及钻井液粘度在线检测的装置及其方法。

背景技术

钻井工程领域常用的钻井液被称作钻井的“血液”。钻井液的流变性能与携岩能力、井眼清洁、井壁稳定等息息相关，及时、准确地获取钻井液综合性能参数是井筒水力学、钻柱动力学分析的前提和基础。钻井液的粘度则是流变性能中的重要参数。

目前在钻井工程领域主要采用人工取样返回实验室检测的方式，采用的是旋流法测粘度。普遍使用的范式六速粘度检测仪是一种手动检测装置。其基本原理为：将盛有待测液的浆杯放置于托盘上，待测液进入粘度计外套筒和浮子之间形成的环形空间(剪切间隙)内，当步进电机带动外套筒旋转时，套筒在待测液中受到粘滞阻力产生反作用力，该作用力会通过环形空间中的待测液对套筒中的浮子产生扭矩，而浮子与一套刻度组件相连，当该扭矩与粘滞阻力达到平衡时，刻度盘组件会稳定在某个刻度值上，由于刻度值与套筒所受的粘滞阻力成正比，因此将该刻度值乘以特定的系数就能得到最终的粘度值。每次检测结束后需要将转子、定子拆卸清洗后重新装回，每使用一段时间，需要在专业的力学检测机构对扭力弹簧进行回零点校对和线-弹性校对。

这种检测方式的不足之处在于：①数据时效性差：实验室检测得到的数据相对工程计算严重滞后，不能为随钻参数优化提供依据；②依赖人工：检测结果的准确性与检测人员的技术水平密切相关；③需要取样检测：是一种静态检测方式，无法反应钻井液在钻井过程中的连续变化；④检测条件差异大：检测时的温度、压力等条件与随钻钻井液真实流动环境差异较大，不能真实反映井筒中钻井液流变性能的变化规律，导致井筒水力学、力学计算及预测精度低，不足以支撑钻井过程中关键工序的实时决策；⑤关键测量结构寿命短：现有粘度计探测系统采用弹簧扭力平衡结构测量粘滞力矩，如果用于在线高频率检测，粘度检测仪容易受到冲击，扭力弹簧力矩平衡机构连续使用会发生塑性变形，导致疲劳损坏，最终引起测量不准确。

其他粘度检测方法包括流道式测量方法、核磁共振成像技术测量方法、落球法、振动法。

其中，流道式测量方法基于哈根-泊肃叶定律，用多段不同直径细管的串联组成变径管系统；用恒流泵和缓冲器为变径管系统提供稳定的流量，或采用直径一致的直管路系统，根据流量和细管的横截面积计算变径管系统不同直径段的流动速度，根据变径管不同直径段的流动速度和管径计算不同直径管段的速度梯度；或采用通径一致的直管，通过改变泵的排量改变流速计算速度梯度，通过压差计检测变径管不同直径段的压力损耗；根据这些压力损耗计算变径管不同直径段的切应力值；根据不同速度梯度下的切力值即可计算出被测钻井液的塑性粘度、动切力、流型指数和稠度系数等流变性参数。

该方式的特点是实现了钻井液流变性能的全自动检测，避免了偶然误差和检测错误的发生。其缺点在于：

①剪切速率范围小，不适用于钻井液粘度检测：该测量方法必须保证测量管内流体维持层流状态，即流线呈抛物线状，受管径、长度、管壁粗糙度等制约，维持层流状态的剪切速率变化范围很小，对于钻井液来说，这种测量方法最大剪切速率范围为(5～300s^(-1))。钻井液在井筒内流速变化大，因此测量需要较大剪切速率范围下的钻井液流变性能特征目前石油石化行业相关钻井液流变性测量标准规定的剪切速率测量范围为1.022～1022s^(-1)，才能准确获得钻井液流变性能。

②需要很长的直管段，钻井现场安装受限：由于助跑距离效应，即当液体流入、流出管道时，由于流线收束或膨胀，在管道入口处的流线并非为抛物线分布，而是速度沿半径均布，因此需要一段额外的管段长度Δl，根据Boussenesp计算，Δl＝0.26RR_e，R为管径，Re为雷诺数，从而增加了测量管段长度，造成体积增大。因钻井液含有固相颗粒，流动过程中容易发生沉淀，堵塞管道，管径就必须尽可能的大，根据上述公式，则需要更长的助跑距离，系统体积大，无法在钻井工程现场安装。

③对钻井液进行非牛顿流体校准难度大：由于壁面滑移和表面张力的存在，圆管内流体更容易流动，使实测流量比理论计算值更大，从而导致粘度测量结果比真实值更小。由于壁滑移和表面张力理论计算考虑因素多，难以准确计算，因此采用试验手段进行校正。但钻井液体系繁多(目前已有上千种)，成分千差万别，且针对不同地层，每年都有若干不同配方的钻井液体系问世，通过试验校正难以完全穷举，使得预设修正系数或仪器系数的方法几乎不可能实现。综上，流道式测量方法不适合钻井液流变性能在线检测。

核磁共振成像技术测量方法采用核磁共振技术原理，通过图像测剪切应力，根据流量、温度、压力的检测结果，通过大量数据进行回归分析，建立粘度与上述检测结果之间的数学关系，通过计算得到流体粘度值。该方法剪切速率不能连续变化，且不能测量含油液体的粘度，是一种近似测量方法。钻井液内含油量通常在1％～70％范围内，因此不适用于钻井液流变性能的定量测量。

落球、振动等流变性测量方法目前能实现流变性的自动化测量，并且已有成熟产品，其局限性在于：无论是落球法、还是振动法，只能测量静态条件下的液体粘度，不能改变流体的剪切速率，适合牛顿流体的粘度测量。而石油工业上使用的钻井液属于非牛顿液体，需要在较大剪切速率范围内获得其流变特征，准确计算粘度及井筒水力学参数。因此，落球法、振动法均不适合钻井液流变性能在线检测。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足至少一项。例如，本发明的目的之一在于解决钻井液粘度测量中流管法及其他粘度测量方式不能测量大剪切速率范围内粘度的问题；本发明的目的之二在于解决传统旋流法进行钻井液粘度测量力矩平衡机构疲劳损坏导致测量不准确的问题；本发明的目的之三在于解决钻井液粘度测量的现有技术不能实现在线检测的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种钻井液粘度在线检测的装置，包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；

第二转筒同轴设置在所述第一转筒外，其内壁与所述第一转筒的外壁之间具有第一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液，第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；

测速模块能够实时测量所述第一转筒的转速；

控制模块连接测速模块，包括计时单元和计算单元，其中，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。

可选择地，所述第二转筒的内壁直径与所述第一转筒的外壁直径的比值范围为1.01～1.08。

可选择地，所述装置还包括制动模块，用于在所述第二转筒达到所述预设转速前阻止所述第一转筒转动，在所述第二转筒达到所述预设转速时解除阻止。

可选择地，所述检测装置还包括转轴，所述转轴的一端与所述第一转筒连接，使得所述第一转筒可以与所述转轴同速转动。

可选择地，所述检测装置还包括驱动模块，驱动模块与所述第二转筒和所述控制模块连接，其能够接收所述控制模块发出的驱动指令，依据所述驱动指令驱动所述第二转筒以所述预设转速绕轴心转动。

可选择地，所述检测装置还包括转筒座和驱动模块，所述第二转筒安装于所述转筒座；

所述驱动模块包括电机和传动机构，所述传动机构连接所述电机和所述转筒座。

可选择地，所述测速模块包括第一附件、感应单元和测量单元，所述第一附件固定连接所述转轴；

所述感应单元与所述第一附件分离，感应于所述第一附件的转动而输出信号；

所述测量单元连接所述感应单元以接收所述输出信号，根据所述输出信号确定所述第一转筒的转速。

本发明另一方面提供了一种钻井液粘度在线检测的方法，所述检测方法包括使用上述检测装置完成所述在线检测；

所述检测方法包括：

以预设转速驱动所述第二转筒绕轴心转动；

实时测量所述第一转筒的转速；

获取所述第一转筒稳定后的第一转速，以及所述第一转筒从静止加速到所述第一转速的加速时间；

根据所述预设转速、所述第一转速和所述时间计算得出所述待测钻井液的粘度。

可选择地，所述检测方法还包括：

在所述第二转筒达到所述预设转速前阻止所述第一转筒转动；

在所述第二转筒达到所述预设转速时解除阻止。

可选择地，根据所述预设转速、所述第一转速和所述加速时间计算出所述待测钻井液的粘度，具体计算公式为：

其中，R_i为所述第一转筒的外径，R_a为所述第二转筒的内径，L为所述第一转筒的高度，ω_out为所述预设转速，ω_const为所述第一转速，t为所述第一转筒从静止加速到所述第一转速的时间，η为所述第一转速下钻井液的表观粘度。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

1)本发明避免了因检测装置长时间测量产生疲劳损坏。

2)本发明在钻井工程作业中能够实现钻井液粘度的在线实时测量，具有测量精度高，响应速度快的优点。

3)本发明实现了测量大剪切速率范围内钻井液的粘度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本申请实施例1中钻井液粘度在线检测装置的结构示意图；

图2示出了本申请实施例1中钻井液粘度在线检测装置控制模块的结构框图；

图3出了本申请实施例2中钻井液粘度在线检测装置的结构示意图；

图4出了本申请实施例4中钻井液粘度在线检测装置的结构示意图；

图5出了本申请实施例5中钻井液粘度在线检测装置测速模块与第一转筒的连接结构图；

图6示出了本发明在钻井工程现场应用的效果图。

附图标记：10-轴心、100-第一转筒、110-转轴、200-第二转筒、300-第一间隙、400-测速模块、410-第一附件、420-感应单元、430-测量单元、500-控制模块、510-计时单元、520-计算单元、600-制动模块、710-电机、720-传动机构、800-转筒座。

具体实施方式

在下文中，将结合实施例和附图来详细说明本发明，但下列实施例仅用于帮助对本发明技术的理解目的，不得以此作为对本发明保护范围的进一步限制。

实施例1

如图1所示，为本实施例中钻井液粘度在线检测装置的结构示意图，包括第一转筒100、第二转筒200、测速模块400和控制模块500。

第一转筒100为纺锤形的旋转体，包括中空圆柱体和两端的锥体，圆柱体的高度为L，外壁半径为R_i，从圆柱体的两端向外逐渐变细形成锥体。需要注意的是，第一转筒100也可以只有中空圆柱体，即两端为平面。第一转筒100能够绕轴心10自由转动，其内部的中空结构能够减轻重量，降低第一转筒100旋转时的惯性矩，有利于提高测量精度和灵敏度。

第二转筒200为内壁半径R_a的中空旋转体，其和第一转筒100同轴安装，其中，第二转筒200从外部罩住第一转筒100。第一转筒100的外壁(即图1中第一转筒100的圆柱体侧面)与第二转筒200的内壁之间具有第一间隙300。第二转筒200的一端封闭，另一端具有开口，测量时钻井液可以从开口进入并填满第一间隙300。为实现实时在线检测，可以设置一个容器连通钻井液的输送管道，第一转筒100和第二转筒200位于在容器内。当需要检测时，钻井液从输送管道进入容器，从而使得待测钻井液填充第一间隙300。

检测开始后，第二转筒200以预设转速绕轴心10转动，预设转速包括600转/分钟、300转/分钟、200转/分钟、100转/分钟、6转/分钟或3转/分钟等。第二转筒200转动后会带动第一间隙300内的钻井液转动，第一转筒100在钻井液的粘滞阻力矩作用下从静止开始转动。加速一段时间后，第一转筒100的转速趋于稳定，此时第一转筒100的转速即为第一转速。

本实施例中，待测钻井液在第一间隙300中的转动需要满足泰勒-库埃特定常流动，以避免出现紊流、泰勒涡流、二次流等复杂流动进而影响粘度测量的准确性。根据小间隙泰勒-库埃特流体动力学原理可知，在层流状态下，第一间隙300内钻井液粘度可表示成第一间隙300的函数。第一转筒100外侧壁的剪切速率仅与第二转筒200与第一间隙300有关。

第一间隙300可用第二转筒200的内壁直径与第一转筒100的外壁直径(即第一转筒100的圆柱体外壁直径)的比值表示。本实施例中，钻井液流变性能测量的剪切速率范围为1.022-1022S^(-1)，而第一间隙300与剪切速率存在关联相应的，经过计算，当第二转筒200的内壁直径2R_a和第一转筒100的外壁直径2R_i的比值范围为1.01-1.08时，可以使第一间隙300满足该剪切速率范围内的测量要求。

测速模块400用于实时测量第一转筒100的转速。可以理解，测速模块400可以直接测量第一转筒100的转速，优选地，测速模块400通过与其他部件连接从而间接测量第一转筒100的转速。如图1所示，钻井液粘度在线检测装置还包括转轴110，其一端与第一转筒100连接，另一端延伸至第二转筒200外。转轴110可以从第二转筒200封闭的一端延伸至第二转筒200外，也可以从第二转筒200具有开口的一端延伸至第二转筒200外，本实施例对此不做限定。转轴110通过轴承等部件可转动的固定在检测装置中，使得第一转筒100可以与转轴110同速转动。测速模块400连接转轴110，通过测量转轴110的转速从而间接得到第一转筒100的转速，具体地，测速模块400可以为电子陀螺仪，电子陀螺仪封装后直接同轴安装在第一转筒100的轴上，实现角速度测量，其优势在于电子陀螺仪跟随第一转筒100同轴转动，可以直接获得速度、角速度、角加速度三个参数，测量精度高；需要注意的是：该测量方法需要将电子陀螺仪的转动惯量考虑到第一转筒100的转动惯量J中，作为常数。

由于测量粘度时钻井作业现场的腐蚀性蒸汽、灰尘等物质可能会对测速模块400产生不利影响，且第二转筒200内空间狭窄，本实施例中测速模块400连接位于第二转筒200外的转轴110部分，以尽可能远离待测钻井液并提供足够的安装空间。

测速模块采用激光测量转速的方法，其优势在于①非接触测量，第一转筒100上不产生多余的摩擦力矩，测量结果精确；②可在一定距离外进行测量，避免蒸汽、灰尘的影响。此外，还可以将电子陀螺仪封装后直接同轴安装在第一转筒100的轴上，实现角速度测量，其优势在于①陀螺仪跟随第一转筒100同轴转动，可以直接获得速度、角速度、角加速度三个参数；②测量精度高；需要注意的是：该测量方法需要将陀螺仪的转动惯量考虑到仪器转动惯量J中，作为仪器常数。

控制模块500连接测速模块400，用于计算待测钻井液的粘度。如图2所示，控制模块500包括计时单元510和计算单元520。计时单元510用于获取第一转筒100加速到第一转速的时间。计算单元520用于根据预设转速、时间和第一转速计算待测钻井液的粘度。本实施例中检测装置的粘度计算公式推导过程如下：

根据小间隙泰勒-库艾特流体动力学理论，第一转筒100的圆柱体侧面受到的粘滞力矩M_η为：

式(1)中，η为第一转速下的钻井液的表观粘度；R_i为第一转筒100的外径；R_a为第二转筒200的内径；L为第一转筒100的高度；ω_out为第二转筒200的预设转速。

将式(1)整理后得到表观粘度η为：

根据角动量定理可知：

M_ηt＝Jω_const-Jω₀ (3)

式(3)中，J为第一转筒100的转动惯量，可预先计算得到；ω_const为第一转筒100稳定后的第一转速；ω₀为第一转筒100初始转速；t为第一转筒100从初始转速达到第一转速所经过的时间。本实施例中，第一转筒100在第一间隙300内的钻井液带动下从静止加速至第一转速，因此ω₀等于0。

将式(3)带入式(2)后可以得到：

根据检测得到的预设转速ω_out、时间t和第一转速ω_const，可以计算出待测钻井液的粘度η。

本实施例舍弃了传统双筒检测装置中利用形变检测扭矩的平衡机构，重新设计了一套双筒检测装置，以及提出了适配该检测装置的粘度检测公式。本实施例的双筒检测装置通过检测转速和时间来计算钻井液的粘度，c转速检测不依赖于形变，因此，本实施例的检测装置可以避免因相关部件长时间形变产生疲劳损坏，进而导致测量不准确的情况发生。

本实施例还可通过控制模块500自动计算待测钻井液的粘度，避免了人工测量可能产生的误差，使得检测装置可在钻井现场实时自动地检测钻井液粘度。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上增加了制动模块，如图3所示，制动模块600用于在第二转筒200达到预设转速前阻止第一转筒100转动，在第二转筒200达到预设转速时解除阻止。可以理解，第二转筒200从开始转动到达到预设转速需要一定时间。这段时间内由于第二转筒200的转速不足，第一间隙300内的钻井液会带动第一转筒100缓慢加速转动，从而增加了第一转筒100从静止加速到第一转速的时间，即式(4)中的时间t，最终导致粘度η的计算结果偏小。

具体地，本实施例的制动模块600连接转轴110，在第二转筒200达到预设转速前固定转轴110以阻止第一转筒100转动，在第二转筒200达到预设转速时解除对转轴110的固定，使第一转筒100在钻井液带动下开始转动。本实施例可以保证第一转筒100在第二转筒200达到预设转速后才开始转动，消除了因时间t测量不准确导致的粘度η计算误差。此外，制动模块600还用于在每一转速的粘度检测结束后快速降低第一转筒的转速，从而缩短第一转筒从旋转到静止的时间，以便检测装置能够更快进行下一次检测，提高检测装置的检测频率。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上增加了驱动模块。所述驱动模块用于驱动第二转筒200以预设转速绕轴心10转动。具体地，驱动模块可以连接第二转筒200和控制模块500。测量开始时，控制模块500向驱动模块发出驱动指令，驱动模块在接收到驱动指令后，依据驱动指令以预设转速转动第二转筒200。本实施例通过驱动模块和控制模块500，进一步提高了钻井液粘度测量的自动化程度。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上增加了转筒座，如图4所示，转筒座800位于第二转筒200的一端，用于安装和固定第二转筒200。转筒座800包括转动部件，转动部件可以为轴、转盘等可转动的部件。转动部件与第二转筒200可拆卸地连接，以带动第二转筒200转动。

所述驱动模块包括电机710和传动机构720，电机710连接控制模块500以接收控制模块500发出的驱动指令，电机710还通过传动机构720与转筒座800的转动部件连接，传动机构720可以为皮带传动机构720。当控制模块500发出驱动指令后，电机710开始工作，电机710输出的机械运动依次通过传动机构720、转筒座800的转动部件传递给第二转筒200，从而带动第二转筒200以预设转速转动。

具体地，电机710具有速度反馈功能和基于频率的速度调节功能，电机710通过角编码器或其他角速度传感器检测实时转速，并以4-20mAn电流传输至控制模块500，以此实现电机710的实时转速反馈。当电机710的实时转速小于预设值时，控制模块500通过增加脉冲频率的方式增加电机710的转速，当电机710的实时转速大于预设值时，控制模块500通过减少脉冲的方式降低电机710的转速。需要说明的是，电机710转速的控制响应速度≤5ms。

本实施例通过转筒座800的设计使电机710可以远离钻井液的测量环境，避免钻井作业现场的腐蚀性蒸汽、灰尘等物质对电机710产生损害。

实施例5

在本实施例中，测速模块400包括第一附件410、感应单元420、测量单元430。如图5所示，当测速模块400通过转轴110与第一转筒100连接时，第一附件410固定在转轴110上。感应单元420与第一附件410分离，感应于第一附件410的转动而输出信号。测量单元430连接感应单元420以接收信号，根据信号确定第一转筒100的转速。第一附件410和感应单元420需要配合使用。

本实施例中，第一附件410包括不透光材料制成的圆盘，圆盘的同心圆上均匀分布一定数量的透光孔或透光槽。感应单元420包括光源和光电传感器，两者分别固定在圆盘的两侧。当圆盘随着转轴110一起转动时，通过圆盘阻挡光线，透光孔或透光槽透过光线，光电传感器根据光的有无产生并输出信号。

第一附件410也可以为反光片，反光片贴合在转轴110上；感应单元420发出光线，并根据是否接收到返回的光线产生和输出信号。以上测速模块400采用光学方式测量转速，可以理解，在其他实施方式中，测速模块400还可以采用磁性方式测量转速，如第一附件410包括磁性材料，相应地，感应单元420包括磁电传感器、霍尔传感器、电子陀螺仪等不包含机械结构的非接触式速度检测结构，能够保证在钻井现场振动、尘埃、腐蚀性气体、高温等恶劣条件下连续、可靠在线运行。

本实施例可通过第一附件410与感应单元420分离的方式，实现了转速的非接触式测量，避免感应单元420长时间接触转动的被测物而出现磨损，且第一转筒100上不产生多余的摩擦力矩，测量结果精确，传感器可在一定距离外进行测量，避免蒸汽、灰尘的影响。

实施例6

本实施例提供了钻井液粘度在线检测的方法。所述方法采用实施例1-5中任一所述检测装置完成所述在线检测。本实施例的检测方法包括：

S01：以预设转速驱动第二转筒200绕轴心10转动；

S02：实时测量第一转筒100的转速；

S03：获取第一转筒100稳定后的第一转速，以及第一转筒100加速到第一转速的时间；

S04：根据预设转速、第一转速和时间计算待测钻井液的粘度。具体的粘度计算公式为：

其中，R_i为第一转筒100的外径，R_a为第二转筒200的内径，L为第一转筒100圆柱体的高度，ω_out为预设转速，ω_const为第一转速，t为第一转筒100从静止加速到第一转速的时间，η为第一转速下钻井液的表观粘度。

本实施例检测方法通过检测转速和时间来计算钻井液的粘度，转速检测不依赖于形变，因此，本实施例的检测方法可以避免因相关部件长时间形变产生疲劳损坏，进而导致测量不准确的情况发生。

在本实施例中，检测方法由控制模块500实施。

实施例7

本实施例在实施例6所述检测方法的基础上还包括：

在第二转筒200达到预设转速前阻止第一转筒100转动；

在第二转筒200达到预设转速时解除阻止。

本实施例的第二转筒200从开始转动到达到预设转速需要一定时间。这段时间内由于第二转筒200的转速不足，第一间隙300内的钻井液会带动第一转筒100缓慢加速转动，从而增加了第一转筒100从静止加速到第一转速的时间，即粘度计算公式中的时间t，最终导致粘度η的计算结果偏小。本实施例在第二转筒200达到预设转速前阻止第一转筒100转动，在第二转筒200达到预设转速时解除阻止，使第一转筒100在钻井液带动下开始转动，从而保证第一转筒100在第二转筒200达到预设转速后才开始转动，消除了因时间t测量不准确导致的粘度η计算误差。

本发明中的钻井液粘度在线检测装置在蓬深8井中的应用效果如图6所示，图6随机选取109个测点进行总体趋势分析，图中六条曲线从上至下分别为600转、300转、200转、100转、6转、3转剪切速率下的钻井液粘度随时间变化的曲线，其中6转和3转的曲线较为贴近。

图6中检测结果中可看出：①本申请实施例中的检测装置检测到了钻进过程中钻井液流变性波动较大，即图6中画圈部分，起到了在钻井过程中及时提示钻井液工程师优化调整钻井液性能的作用；②后续工况下(性能调整、钻进、起下钻、停循环、恢复循环等工况)本发明中的检测装置检测到的钻井液流变性能变化趋势符合工况特征和钻井液流动特征，起到了钻井过程中钻井液流变性能在线检测的作用。因此，本发明中的检测装置实现了钻井液流变性能随钻监测和性能优化调整。本发明中的检测装置的检测数据趋势能够及时反映出钻井液粘度实时变化情况。对比工况：如图6中圆圈部分所示，22日10:46-16:25正常钻井过程中发现钻井液粘度波动较大，随即现场钻井液工程师根据检测值开始调整性能。

如图6中“钻井液性能调整”矩形框对应部分所示，22日16:46-23日11:22现场钻井液工程师调整钻井液性能，性能调整期间钻井液流变性能变化很大，这与检测结果一致。如图6中“起下钻”矩形框对应部分所示，5月1日18:40-2日13:58，井队起下钻期间未循环钻井液，钻井液粘度因静止而小幅度上升。如图6中“底面维修停循环”矩形框对应部分所示，5月11日18:16-13日7:45期间开始循环钻井液，钻井液从静止恢复流动初期需要破坏结构力导致粘度上涨幅度较大。如图6中“恢复循环”矩形框对应部分所示，至13日18:46钻井液粘度恢复钻进过程中的水平。可以看出，本发明中的检测装置能够准确测量钻井液的粘度，检测到的钻井液粘度变化趋势与实际情况一致，且能够长期在线稳定工作。

尽管上面已经通过结合实施例及附图描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述装置包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；

第二转筒同轴设置在所述第一转筒外，其内壁与所述第一转筒的外壁之间具有第一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液，第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；

测速模块能够实时测量所述第一转筒的转速；

控制模块连接测速模块，包括计时单元和计算单元，其中，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。

2.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述第二转筒的内壁直径与所述第一转筒的外壁直径的比值范围为1.01～1.08。

3.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述装置还包括制动模块，用于在所述第二转筒达到所述预设转速前阻止所述第一转筒转动，在所述第二转筒达到所述预设转速时解除阻止。

4.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括转轴，所述转轴的一端与所述第一转筒连接，使得所述第一转筒可以与所述转轴同速转动。

5.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括驱动模块，驱动模块与所述第二转筒和所述控制模块连接，其能够接收所述控制模块发出的驱动指令，依据所述驱动指令驱动所述第二转筒以所述预设转速绕轴心转动。

6.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括转筒座和驱动模块，所述第二转筒安装于所述转筒座；

所述驱动模块包括电机和传动机构，所述传动机构连接所述电机和所述转筒座。

7.根据权利要求3所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述测速模块包括第一附件、感应单元和测量单元，所述第一附件固定连接所述转轴；

所述感应单元与所述第一附件分离，感应于所述第一附件的转动而输出信号；

所述测量单元连接所述感应单元以接收所述输出信号，根据所述输出信号确定所述第一转筒的转速。

8.一种钻井液粘度在线检测的方法，其特征在于，所述检测方法包括使用权利要求1-7中任一项所述的检测装置完成所述在线检测；

所述检测方法包括：

以预设转速驱动所述第二转筒绕轴心转动；

实时测量所述第一转筒的转速；

获取所述第一转筒稳定后的第一转速，以及所述第一转筒从静止加速到所述第一转速的加速时间；

根据所述预设转速、所述第一转速和所述时间计算得出所述待测钻井液的粘度。

9.根据权利要求8所述的钻井液粘度在线检测的方法，其特征在于，所述检测方法还包括：

在所述第二转筒达到所述预设转速前阻止所述第一转筒转动；

在所述第二转筒达到所述预设转速时解除阻止。

10.根据权利要求8所述的钻井液粘度在线检测的方法，其特征在于，根据所述预设转速、所述第一转速和所述加速时间计算出所述待测钻井液的粘度，具体计算公式为：

其中，R_i为所述第一转筒的外径，R_a为所述第二转筒的内径，L为所述第一转筒的高度，ω_out为所述预设转速，ω_const为所述第一转速，t为所述第一转筒从静止加速到所述第一转速的时间，η为所述第一转速下钻井液的表观粘度。