CN2091455U

CN2091455U - 旋转流变仪

Info

Publication number: CN2091455U
Application number: CN91203673U
Authority: CN
Inventors: 景天佑; 候勤立; 曹谢东; 陈庆林; 陈壮; 茅建鸣
Original assignee: SHANGHAI PETROLEUM METERS FACTORY; Southwest Petroleum University
Current assignee: SHANGHAI PETROLEUM METERS FACTORY; Southwest Petroleum University
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1991-12-25

Abstract

本实用新型，属于可模拟测试石油或地质钻井液在井内压力和温度状态下流变性的仪器，采用经可变微分驱动接口电路控制的步进电机和磁力传动装置，使转速调控理想、扭矩传递可靠，能按微机软件要示，自动测试、屏幕显示和打印出有关流变参数、绘制流变曲线。最高试验温度为523K，最大试验压力为 7MPa。剪切应力为0-150Pa。仪器的自动化程度较高，结构新颖，只需更换上几个备件，又可用于钻井液动、静失水造壁性的测定。

Description

一种旋转流变仪，属于模拟测试石油或地质钻井液在井内压力和温度状态下流变性的仪器。本实用新型的内筒被更换成径向压滤器，使滤液经釜盖内孔道、压力管，进入滤液收集器后，又具有测定上述状态下钻井液动、静失水造壁性的功能。

目前，国内用从美国进口的范氏50C（Fann50C）型旋转流变仪测试模拟井内压力和温度状态下钻井液的流变性。它具有：由釜体、高压氮气瓶（或液压装置）、可控温的加热装置组成的加温加压系统；用单片机经接口驱动电路控制的直流电动机、驱动齿轮变速结构、使穿过釜体的动密封结构的转轴和安装在转轴上的转杯，按程序控制旋转的驱动系统；由兼釜作体的转杯，居于转杯中的内筒，分别固定在内筒轴和釜体内壁间的扭簧、扭矩传感器，密封安装在釜体壁上的传感器电信号引出装置和绘制流变曲线的记录仪组成的测量系统。

这种仪器带有齿轮变速结构，结构复杂，密封面较多，使用性单一，不能直接给出有关的流变参数，尤其在压力釜中的动密封结构，容易因密封件的磨损、老化、变形而造成密封压力的不稳定，是其设计上的弱点。

本实用新型的目的在于，提供一种无动密封结构、无齿轮变速结构，用磁力偶合传动装置传递转速和扭矩，结构简单，能一机二用的旋转流变仪，以替代相同用途的进口旋转流变仪。

本实用新型的解决方案包括：用单板微机（或其它微机）通过可变微分驱动接口电路控制的步进电机，驱动下磁力偶合传动装置，使在釜体内的转轴和联接在转轴上的转杯按程序控制旋转的驱动系统；用上磁力偶合传动装置将作用于内筒上的扭矩传递给在釜外支架上安装的压力传感器，转换出的扭矩电信号，一路送入绘制流变曲线的记录仪，另一路由单板微机（或其它微机）径模／数转换器采集处理后，将有关流变参数进行屏幕显示和打印输出的测量系统。

本实用新型的内筒被更换成顶部与釜盖密封联接的径向压滤器，使滤液经釜盖内孔道、密封联接在釜盖上的压力管、进入可加回压压力的滤液收集器后，又具有测定钻井液动、静失水造壁性的功能。

与范氏50C型旋转流变仪相比，本技术解决方案不仅没有齿轮变速结构，动密封结构，减少了密封面，省去了在釜体内安装的扭簧和扭矩电信号引出装置，而且将传感器从釜体内移至釜体外，这就避免了在釜体内会受到的温度和压力的影响，有利于提高仪器的测量精度。可随意变换的测量系统的设计，使本实用新型具有一机二用的功能。经过对比试验，所测流变参数符合美国API标准，可以做为进口旋转流变仪的替代产品。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型用于测量液体流变性的流程图；

图2是本实用新型用于流变性测量的机械结构图；

图3是本实用新型用于钻井液失水造壁性测量的机械结构图；

图4是本实用新型的可变微分驱动接口电路图。

本实用新型测量液体流变性的流程参见图1。

微型计算机（20）经过可变微分驱动接口电路控制的步进电机（1），驱动由动力磁钢（2）和转杯磁钢（3）组成的下磁力偶合传动装置，带动在釜内安装的轴承（6）所支承的转轴及转轴上端联接的转杯（7）按照程序控制旋转。内筒（22）因为受到转杯中旋转的液体样品（9）作用而产生的扭矩，经由内筒磁钢（8）和上磁钢（10）组成的上磁力偶合传动装置，传递给压力传感器（11），所变换出的扭矩电信号，一路送入同时还接受微型计算机经数／模转换器变换出的转速电信号的记录仪（19），以绘制流变曲线，另一路经过模／数转换器后，由微型计算机采集、处理后，将有关流变参数在屏幕上显示和在打印机上打印输出。釜内试液由可控温的筒式加热炉（4）提供温度，由经调压阀和在釜盖上的阀杆引入的高压氮气提供压力。

本实用新型用于流变性测量的机械结构参照图2。

釜体（5）被定位安放在底板的园环形凹陷的平台上。由在釜体腔壁台阶处安装的轴承（6）定位扶正的转轴下端所联接的转杯磁钢（3）与在步进电机驱动轴上联接的动力磁钢（2）组成下磁力偶合传动装置。这两个磁钢均用八类磁钢材料制成。转杯磁钢下面装有带球形头的轴，支承在釜底的球窝中。动力磁钢处于底板园环形凹陷平台的中部通孔中，其顶部与釜底相距1－3毫米。步进电机（1）被固定在底板下面。

转杯（7）装在转轴的上端，内筒（22）同轴地安放在转杯中，在内筒底与转杯底之间，用宝石针尖轴承支承，内筒顶部带有内筒轴，该轴插入安装于釜体上的定位扶正轴承中。内筒中封装的内筒磁钢（8）与用支架悬吊在釜盖之上的上磁钢（10），组成上磁力偶合传动装置。上磁钢带有抵触到压力传感器触头上的压杆。

釜体套装在可控温的筒式加热装置中，由在釜盖上的阀杆（12）引入的高压氮气提供试验压力。

本实用新型用于钻井液动、静失水造壁性测量的机械测量机构参照图3。

该机械结构与用于液体流变性测量的机械结构的差别在于：内筒为一径向压滤器（18）所取代，压滤器（18）顶部密封联接在釜盖（13）上，使滤液通过釜盖内孔道、与釜盖密封联接的压力管，进入与压力管密封联接的滤液收集器（16）。滤液收集器可通过联接在它上面的阀杆（15），引进提供回压压力的高压氮气，通过滤液释放阀（17）释放滤液。

本实用新型的可变微分驱动接口电路，参照图4。

并行接口电路主要由3：8译码器（74LS138）U₁₀和反相器（74LS32）U₁₁构成，从微机输出的用于接口控制的WR、10RQ信号接至U₁₁，A₂～A₇信号接至U₁₀。三片设置为二级缓冲工作方式的数模转换器（DAC0832）U₁～U₃组成的数模转换电路，接受数据总线DB及U₁₀和U₁₁的信号控制。控制程序通过一级缓冲将各相通电状态的微分处理数字量锁存起来，最后才打开U₁～U₃内部的ADC寄存器，锁存前级信息并开始数／模转换工作，接着使U₁～U₃建立稳定的电流输出。组成放大电路的三个运算放大器U₄～U₆（AU741或OP07）分别接至U₁～U₃的输出端，将电流输出转换为电压输出，提供给由U₇～U₈组成的工作在线性放大区的常规驱动电路。各运放 U4₄～U₆输出的电压值，跟随各数／模换器U₁～U₃输出电流的变化，亦即跟随单板微机通电数字量的变化。通过程序控制，在纸速下加大微分，随转速升高而减少微分或不加微分，以达到使步进电机在所需转速范围内、特别是转速在每分钟10转以下时可连续、平稳变速，或在给定转速下恒速运转的目的。

Claims

1、一种旋转流变仪，属于模拟测试石油或地质钻井液在井内压力和温度状态下流变性的仪器，其特征在于：具有用微型计算机经可变微分驱动接口电路控制的步进电机，驱动下磁力偶合传动装置，使在釜体内的转轴和联接在转轴上的转杯按程序控制旋转的驱动系统，和用上磁力偶合传动装置将作用在内筒上的扭矩传递给在釜外支架上安装的压力传感器，转换出的扭矩电信号，一路送入绘制流变曲线的记录仪，另一路由微型计算机经模/数转换器采集处理后，将有关流变参数进行屏幕显示和打印输出的测量系统。

2、根据权利要求1所述的旋转流变仪，其特征在于：驱动系统的可变微分驱动接口电路由并行接口电路，数／模转换电路和放大、驱动电路组成。

3、根据权利要求1或2所述的旋转流变仪，其特征在于：驱动系统的下磁力偶合传动装置，由在釜内安装的转轴所联接的转杯磁钢与在釜外的步进电机驱动轴上所联接的动力磁钢相偶合组成。

4、根据权利要求1或2所述的旋转流变仪，其特征在于：测量系统的上磁力偶合传动装置，由在内筒中封装的内筒磁钢与用支架悬吊在釜盖之上、带有抵触到压力传感器触头上的压杆的上磁钢相偶合组成。

5、根据权利要求3所述的旋转流变仪，其特征在于：组成下磁力偶合传动装置的动力磁钢和转杯磁钢，均采用八类磁钢材料制成。

6、根据权利要求4所述的旋转流变仪，其特征在于：组成上磁力偶合传动装置的内筒磁钢和上磁钢，均采用八类磁钢材料制成。

7、一种旋转流变仪，其特征在于：本实用新型的内筒被更换成顶部与釜盖密封联接的经向压滤器，使滤液经釜盖内孔道、密封联接在釜盖上的压力管，进入可加回压压力的滤液收集器后，又具有测定钻井液动、静失水造壁性的功能。