CN214532942U - 一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，该装置包括泥浆取样泵的泵入口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过取样管线与高架槽相连接，另一个接口通过取样管线与循环清洗水箱相连接，泥浆取样泵的泵出口与固液分离装置的入口之间通过泥浆管线相连接，在固液分离装置上安装振动电机，岩屑出口的底部为岩屑存储机箱的入口，该泥浆出口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过泥浆管线与循环清洗水箱相连接，另一个接口通过泥浆管线与泥浆罐相连接。本实用新型所公开的岩屑自动取样装置，通过泵抽吸的方式从振动筛前端获取钻井液，可以有效解决人工取样方式中由于岩屑经过振动筛混叠所造成的岩屑地层代表性变差的问题。

Description

一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置

技术领域

本实用新型属于石油工程勘探领域，特别涉及该领域中的一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置。

背景技术

在石油勘探过程中，通过对井底返出的岩屑进行地质分析是发现油气层的一种重要方法，目前国内外仍采用人工获取岩屑的方法，取样准确性和时效性无法保证，已无法满足快速钻井的需求，由错误的地质样本得到的分析结果不仅起不到指导石油勘探的作用，反而可能产生严重的误导，制约了石油勘探技术的发展。

由于捞取对象是由泥浆从井底传送至地面的，为了起到平衡地层压力，减少摩擦、清洁井眼的作用，泥浆内会加入各种添加剂以改善泥浆的性能，其自身呈现出粘稠、易干涸的特点。设备需要同泥浆打交道，所以需要克服泥浆带来的影响，这就对设备关键环节可靠性和稳定性提出了更加苛刻的要求。并且不同井队井架构造也千差万别，安装空间受限，系统不仅需要适应不同的井架构造，还不能影响正常的钻井作业；由于钻井提速，现在从开钻到完井作业周期通常为1～2个月，最长也就6个月，设备需要经常性的拆卸与运输，所以对设备的体积与重量都有严格的要求。

现有技术中的岩屑取样装置主要存在以下问题：

（1）系统没有形成闭环控制，缺少对泥浆流速，所捞取岩屑重量的检测，无法根据钻井现场实际工况调整岩屑捞取工艺；（2）泥浆的取样和回流均使用泵抽的方式实现，而泵很难在高粘稠、易干涸、颗粒物多的泥浆环境下保持长期稳定运行，并且方案中的回流泵与管线是垂直关系，颗粒物更易将泵堵塞，造成故障，增加维护成本，影响作业效率；（3）岩屑最多仅能存储1盒，自动化程度较低，同人工捞取没有差别，没有让人力得到真正解放；（4）体积大、超重，在空间受限的钻井现场，很难寻找到合适的安装位置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其改进之处在于：泥浆取样泵的泵入口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过取样管线与高架槽相连接，并在该取样管线前端与高架槽之间安装取样过滤头，另一个接口通过取样管线与循环清洗水箱相连接，泥浆取样泵的泵出口与固液分离装置的入口之间通过泥浆管线相连接，在固液分离装置上安装振动电机，固液分离装置的底部为倾斜面，倾斜面的上部为岩屑出口，岩屑出口的底部为岩屑存储机箱的入口，倾斜面的下部为泥浆出口，该泥浆出口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过泥浆管线与循环清洗水箱相连接，另一个接口通过泥浆管线与泥浆罐相连接。

进一步的，固液分离装置为振动筛；振动电机为双振动电机。

进一步的，在岩屑存储机箱的入口之下放置岩屑盒。

进一步的，还包括控制装置工作的控制采集箱，控制采集箱包括采集控制板、五口两位电磁阀、两口两位电磁阀和振动电机控制器，双向功能气动器件依靠五口两位电磁阀进行气路切换，单向功能气动器件依靠两口两位电磁阀进行气路切换。

进一步的，采集控制板包括信号采集电路、电机驱动电路、外设控制电路、状态检测电路、数据存储电路和无线通信电路。

进一步的，信号采集电路包括信号调理电路，模拟开关、24位ADC、差分放大器和V/I转换电路。

进一步的，电机驱动电路包括两相步进电机驱动芯片THB6064H，外围桥式驱动电路和主控芯片。

进一步的，外设控制电路包括隔离保护电路、NMOS驱动电路和电磁阀控制电路。

进一步的，状态检测电路通过霍尔型接近开关检测传送带位置，通过电感型接近开关检测存储盒位置，通过机械触点开关检测岩屑盒位置。

一种岩屑自动取样方法，适用于上述的装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1：上位机控制软件通过wits获取录井工程参数，包括井深、岩屑迟到时间、钻时、泵速和出口流量；

步骤2：第n米岩屑迟到时间已到达，根据钻时、泥浆泵泵速和出口流量设置泥浆取样泵速度和振动电机振速；

步骤3：实时监测所捞取的岩屑重量，岩屑重量若未达到目标值继续等待，若已达到所要捞取的目标值则关闭泥浆取样泵和振动电机；

步骤4：传送当前岩屑盒到存储位置，并检测下一个空岩屑盒是否在接砂位置；

步骤5：第n+1米岩屑迟到时间若已到，则重复执行步骤2；

步骤6：第n+1米岩屑迟到时间若未到，则监测停泵时间是否超出预设时间，未超过重复执行步骤5，超过则开启系统自维护；

步骤7：开启系统自维护，用清水对泥浆取样泵和固液分离装置进行循环清洗；

步骤8：是否接收到上位机的停止捞砂指令，若收到则停止捞砂，未收到则重复执行步骤5。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所公开基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，通过泵抽吸的方式从振动筛前端获取钻井液，并从中分离出岩屑样本，可以有效解决人工取样方式中由于岩屑经过振动筛混叠所造成的岩屑地层代表性变差的问题。可支持10盒岩屑存储量，减少人工取样工作量。装置各模块均进行小型化、模块化设计，适合井场苛刻安装环境，便于经常拆卸、运输。可以替代钻井现场人工捞取岩屑的作业方式，提升岩屑地层代表性、及时性和准确性，将人工从劳动强度极高的作业中解放出来，为钻井现场地质分析提供准确的分析样本，为油气藏的及时、准确识别提供有力支撑。

本实用新型所公开的岩屑自动取样方法，可实时监测泥浆流速和岩屑重量，并可根据录井工程参数对泥浆取样泵速度和固液分离速度进行实时调整，实现取样流程闭环控制。增加了对泥浆取样泵和固液分离装置的自维护功能， 可以有效降低泥浆对装置稳定性的影响，确保装置可以长期稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例1所公开岩屑自动取样装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1所公开岩屑自动取样装置中控制采集箱的组成框图；

图3是本实用新型实施例1所公开岩屑自动取样装置中采集控制板的电路组成框图；

图4是本实用新型实施例1所公开岩屑自动取样方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实施例中的泥浆取样泵和三通阀通过气源驱动，也可以使用电力驱动的器件实现。数据传输可以采用无线方式。

实施例1，本实施例公开了一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，安装于井场泥浆高架槽下方、振动筛前端，通过泵抽吸方式获取更具代表性的地质样本，经过固液分离装置之后，泥浆液体无需外力驱动，依靠重力回流至泥浆罐内，固体岩屑则保存在岩屑存储装置中，控制系统可以根据钻井工程参数、岩屑实时取样量对取样速度和固液分离速度进行自适应调整，结构采取模块化、小型化设计，并具有自维护功能，提升了运行可靠性、稳定性，以及对不同井场的现场适应性。

如图1所示，泥浆取样泵4的泵入口6连接三通阀8，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过取样管线3与高架槽1相连接，并在该取样管线前端与高架槽之间安装取样过滤头2，取样过滤头可以将高架槽内超过1cm的地层掉块（假岩屑）滤除掉，保证获取真实的地层样本。另一个接口通过取样管线19与循环清洗水箱22相连接，泥浆取样泵的泵出口5与固液分离装置10的入口9之间通过泥浆管线7相连接，在固液分离装置上安装振动电机11，由振动电机提供激振力，实现泥浆中固体与液体的分离，固液分离装置的底部16为倾斜面，使固液分离之后的液体泥浆可以快速流向泥浆出口15处。倾斜面的上部为岩屑出口13，岩屑出口的底部为岩屑存储机箱14的入口24，倾斜面的下部为泥浆出口15，该泥浆出口连接三通阀17，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过泥浆管线18与循环清洗水箱22相连接，另一个接口通过泥浆管线20与泥浆罐23相连接。

在本实施例中，固液分离装置为振动筛；振动电机为双振动电机。在岩屑存储机箱的入口之下放置岩屑盒。

钻井过程中钻头破碎地层所产生的岩屑样本，通过泥浆从井底携带至地面高架槽，再由泥浆取样泵抽入固液分离装置，由固液分离装置上安装的振动电机提供激振力，实现泥浆中固体与液体的分离，分离出的液体泥浆无需任何驱动力，在自身重力作用下沿着固液分离装置的底部倾斜面通过泥浆出口直接流入泥浆罐内循环使用，不会造成泥浆流失。固体岩屑则通过岩屑出口和岩屑存储机箱的入口落入岩屑盒内保存。

三通阀8有两种连接状态，连接泥浆取样泵入口6同取样管线3时处于正常捞砂状态，连接泥浆取样泵入口6同取样管线19时处于系统自维护状态。

三通阀17有两种连接状态，连接泥浆出口15同泥浆管线20时处于正常岩屑取样状态，连接泥浆出口15同泥浆管线18时处于系统自维护状态。

水箱22中装有固定容积的清水，当岩屑取样流程结束进入自维护状态后，用清水清洗泥浆取样泵和固液分离装置，确保装置能够长期稳定运行。

如图2所示，还包括控制装置工作的控制采集箱21，控制采集箱包括采集控制板25、五口两位电磁阀26、两口两位电磁阀27和振动电机控制器28，双向功能气动器件依靠五口两位电磁阀进行气路切换，单向功能气动器件依靠两口两位电磁阀进行气路切换。

如图3所示，采集控制板包括信号采集电路、电机驱动电路、外设控制电路、状态检测电路、数据存储电路和无线通信电路。

信号采集电路包括信号调理电路，模拟开关、24位ADC、差分放大器和V/I转换电路，信号采集电路作用是采集岩屑重量、气源压力、气源流量和钻井液流速。将岩屑重量和钻井液流速传感器输出的压力桥信号经过差分放大器和V/I转换电路调理成4～20mA电流信号后再输出，提升了信号长距离传输抗电磁干扰能力，同时降低了由于线路损耗对传感器检测精度的影响。

电机驱动电路包括两相步进电机驱动芯片THB6064H，外围桥式驱动电路和主控芯片。以两相步进电机驱动芯片THB6064H为核心，配合外围桥式驱动电路实现步进电机的驱动，电机转速由主控芯片输出的PWM波进行实时调整。

外设控制电路包括隔离保护电路、NMOS驱动电路和电磁阀控制电路。外设控制电路主要作用通过控制三通阀、推杆、气动泵和电机工作状态，实现取样控制流程。

状态检测电路受安装条件和识别对象材质的影响，针对不同对象需要选择合适的检测方式，通过霍尔型接近开关检测传送带位置，通过电感型接近开关检测存储盒位置，通过机械触点开关检测岩屑盒位置。

本实施例还公开了一种岩屑自动取样方法，适用于上述的装置，如图4所示，包括如下步骤：

步骤1：上位机控制软件通过wits获取录井工程参数，包括井深、岩屑迟到时间、钻时、泵速和出口流量；

步骤2：第n米岩屑迟到时间已到达，根据钻时、泥浆泵泵速和出口流量等信息设置泥浆取样泵速度和振动电机振速；

步骤3：实时监测所捞取的岩屑重量，岩屑重量若未达到目标值继续等待，若已达到所要捞取的目标值则关闭泥浆取样泵和振动电机；

步骤4：传送当前岩屑盒到存储位置，并检测下一个空岩屑盒是否在接砂位置；

步骤5：第n+1米岩屑迟到时间若已到，则重复执行步骤2；

步骤6：第n+1米岩屑迟到时间若未到，则监测停泵时间是否超出预设时间x分钟，未超过重复执行步骤5，超过则开启系统自维护；

步骤7：开启系统自维护，三通阀8连接泥浆取样泵入口6同取样管线19，三通阀17连接泥浆出口15同泥浆管线18，用水箱22中的清水对泥浆取样泵和固液分离装置进行循环清洗；

步骤8：是否接收到上位机的停止捞砂指令，若收到则停止捞砂，未收到则重复执行步骤5。

在本发明中，钻井岩屑指钻井时被钻头研磨或破碎了的岩石颗粒。它由循环冲洗液从井内带出地面，是了解岩层性质、油气显示及编制地质剖面图的资料依据。利用岩屑进行钻井地质的编录工作，称为岩屑录井，俗称为取砂样。岩屑迟到时间，又称岩屑滞后时间，是指钻井液携带钻头破碎岩石形成的岩屑，从所在层位沿井壁与钻具形成的环形空隙直接、匀速上返到地表取样处的时间。

Claims (9)

1.一种基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：泥浆取样泵的泵入口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过取样管线与高架槽相连接，并在该取样管线前端与高架槽之间安装取样过滤头，另一个接口通过取样管线与循环清洗水箱相连接，泥浆取样泵的泵出口与固液分离装置的入口之间通过泥浆管线相连接，在固液分离装置上安装振动电机，固液分离装置的底部为倾斜面，倾斜面的上部为岩屑出口，岩屑出口的底部为岩屑存储机箱的入口，倾斜面的下部为泥浆出口，该泥浆出口连接三通阀，三通阀的另外两个接口中，一个接口通过泥浆管线与循环清洗水箱相连接，另一个接口通过泥浆管线与泥浆罐相连接。

2.根据权利要求1所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：固液分离装置为振动筛；振动电机为双振动电机。

3.根据权利要求1所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：在岩屑存储机箱的入口之下放置岩屑盒。

4.根据权利要求1所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：还包括控制装置工作的控制采集箱，控制采集箱包括采集控制板、五口两位电磁阀、两口两位电磁阀和振动电机控制器，双向功能气动器件依靠五口两位电磁阀进行气路切换，单向功能气动器件依靠两口两位电磁阀进行气路切换。

5.根据权利要求4所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：采集控制板包括信号采集电路、电机驱动电路、外设控制电路、状态检测电路、数据存储电路和无线通信电路。

6.根据权利要求5所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：信号采集电路包括信号调理电路，模拟开关、24位ADC、差分放大器和V/I转换电路。

7.根据权利要求5所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：电机驱动电路包括两相步进电机驱动芯片THB6064H，外围桥式驱动电路和主控芯片。

8.根据权利要求5所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：外设控制电路包括隔离保护电路、NMOS驱动电路和电磁阀控制电路。

9.根据权利要求5所述基于抽吸模式的岩屑自动取样装置，其特征在于：状态检测电路通过霍尔型接近开关检测传送带位置，通过电感型接近开关检测存储盒位置，通过机械触点开关检测岩屑盒位置。

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