CN218331086U - 一种钻井液密度自动测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种钻井液密度自动测量仪，涉及石油钻井测量装置技术领域，解决了现有技术中存在的钻井液密度计测量效率低下的技术问题。该钻井液密度自动测量仪包括样品杯，用于盛装待测钻井液；托盘，用于承载样品杯；壳体，在壳体内设置有单晶硅应变筒，在壳体上设置有弹性元件，弹性元件置于所述单晶硅应变筒上方，托盘设置在弹性元件上，在单晶硅应变筒的外壁上阵列分布有四个等值压敏电阻；测试电路，测量电路与四个等值压敏电阻连接构成平衡电桥；处理模块，处理模块根据测量电路输出的电压信号计算样品容器内的样品密度。本实用新型用于提供一种提高测量效率的钻井液密度自动测量仪。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油钻井测量装置技术领域，尤其是涉及一种钻井液密度自动测量仪。
背景技术
在石油钻井过程中，钻井液密度对钻井安全至关重要，因此需要对其进行实时监控。目前油田现场采用的是比重秤测量钻井液密度。比重秤一般包括秤杆、主刀口、钻井液杯、校正筒、游码、支架、主刀垫和挡壁，秤杆通过主刀口和主刀垫设置在支架上，钻井液杯及校正筒分别位于秤杆的两端，通过拨动游码完成测量及读数，但是该仪器在使用过程中，存在以下问题：
①常规钻井液密度计(比重秤)利用杠杆平衡原理进行密度测量，受频繁搬家、配浆水矿化度等影响，密度计在使用过程中需经常校正与调平，在测量过程中特别耗费时间和精力；
②测量时需要手动拨动游码进行读数，受外界干扰和人为因素影响较大，易造成测量误差，在窄密度窗口地层钻井存在安全隐患；
③密度计结构设计上存在缺陷，主刀口与主刀垫长时间接触会导致刀口变钝，造成测量精度大幅降低；
④测量数据不能实时共享，在记录过程中可能存在实测密度值与班报表数值不对应的问题，因此不能真实反映现场钻井液密度的变化情况。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的钻井液密度计测量效率低下。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种钻井液密度自动测量仪，以解决现有技术中存在的钻井液密度计测量效率低下的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，包括：
样品杯，用于盛装待测钻井液；
托盘，用于承载样品杯；
壳体，在所述壳体内设置有单晶硅应变筒，在所述壳体上设置有弹性元件，所述弹性元件置于所述单晶硅应变筒上方，所述托盘设置在所述弹性元件上，在所述单晶硅应变筒的外壁上阵列分布有四个等值压敏电阻；
测试电路，测量电路与四个等值压敏电阻连接构成平衡电桥，盛装待测钻井液的样品杯的重力作用于所述弹性元件上，所述弹性元件产生相应的弹性变形，所述弹性元件弹性变形使所述单晶硅应变筒受压变形，产生应力，以使压敏电阻的阻值发生变化，平衡电桥失去平衡，经所述测量电路输出相应的电压；
处理模块，所述处理模块根据所述测量电路输出的电压信号计算样品容器内的样品密度。
作为本实用新型的进一步改进，所述处理模块包括信号放大器，V-I转换电路，A/D转换器和显示仪表，所述信号放大器用于放大接收的信号，所述V-I转换电路是将测量电压信号转化为电流信号，所述A/D转换器是将测量的模拟量转变为数字量并经所述显示仪表显示。
作为本实用新型的进一步改进，四个等值压敏电阻分别为R1、R2、R3、R4，R1与R4相对设置，R2、R3相对设置，其中：
ΔU＝(R1R4-R2R3)/(R1+R3)(R2+R4)*E；
式中：ΔU—输出电压，V；
R1、R2、R3、R4—等值压敏电阻；
E—电源电压,V。
作为本实用新型的进一步改进，待测钻井液密度由以下公式计算：
ρ＝(I-4)·ΔPmax·S/(20-4)V0·g；
式中：ρ—待测钻井液密度，g/cm3；
I—被测液体对应的电流值，mA；
ΔPmax—压敏电阻所受压力上限值，Pa；
S—标准杯底面积，cm2；
V0—标准杯体积，cm3；
g—重力加速度，9.8N/Kg；
20—压敏电阻压力上限输出电流为20mA；
4—压敏电阻压力为零时输出电流为4mA。
作为本实用新型的进一步改进，在所述托盘顶部的中心设置有定位凸台，在所述样品杯的底部设置有定位孔，所述定位孔与所述定位凸台相适配。
作为本实用新型的进一步改进，在所述样品杯上设置有刻度。
作为本实用新型的进一步改进，所述弹性元件为膜盒。
作为本实用新型的进一步改进，所述样品杯包括杯体和杯盖，所述杯盖扣合在所述杯体上。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，包括壳体、样品杯、托盘、弹性元件、单晶硅应变筒及等值压敏电阻，通过将4个等值压敏电阻阵列分布在单晶硅应变筒上，一定体积的待测钻井液通过微压力传感器作用在单晶硅应变筒上，单晶硅应变筒受压变形，产生应力，从而使压敏电阻的阻值发生变化，测量电路电桥失去平衡，输出相应的电压。电桥输出电压与单晶硅应变筒所受压力成正比，可以得出不平衡电压大小与标准体积钻井液密度的关系，通过本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，能够快速准确的测量钻井液的密度，提高测量效率，缩短了工人测量时间，解决了常规密度计在测量过程中校正、调平、手动游码取值等易产生误差和手动记录的耗时耗力的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的立体图；
图2是本实用新型的剖视图；
图3是本实用新型的电路设计图；
图4是本实用新型的样品杯结构示意图。
图中1、样品杯；2、托盘；3、壳体；4、单晶硅应变筒；5、弹性元件；6、压敏电阻；11、定位孔；21、定位凸台。
具体实施方式
下面可以参照附图图1～图4以及文字内容理解本实用新型的内容以及本实用新型与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″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实用新型和简化描述，而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实用新型的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供了一种提高测量效率的钻井液密度自动测量仪。
下面结合图1～图4对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。
本实用新型提供了一种钻井液密度自动测量仪，包括：
样品杯，用于盛装待测钻井液；
托盘，用于承载样品杯；
壳体，在所述壳体内设置有单晶硅应变筒，在所述壳体上设置有弹性元件，所述弹性元件置于所述单晶硅应变筒上方，所述托盘设置在所述弹性元件上，在所述单晶硅应变筒的外壁上阵列分布有四个等值压敏电阻；
测试电路，测量电路与四个等值压敏电阻连接构成平衡电桥，盛装待测钻井液的样品杯的重力作用于所述弹性元件上，所述弹性元件产生相应的弹性变形，所述弹性元件弹性变形使所述单晶硅应变筒受压变形，产生应力，以使等值压敏电阻的阻值发生变化，平衡电桥失去平衡，经所述测量电路输出相应的电压；
处理模块，所述处理模块根据所述测量电路输出的电压信号计算样品容器内的样品密度。
本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，包括壳体、样品杯、托盘、弹性元件、单晶硅应变筒及等值压敏电阻，通过将4个等值压敏电阻阵列分布在单晶硅应变筒上，一定体积的待测钻井液通过微压力传感器作用在单晶硅应变筒上，单晶硅应变筒受压变形，产生应力，从而使压敏电阻的阻值发生变化，测量电路电桥失去平衡，输出相应的电压。电桥输出电压与单晶硅应变筒所受压力成正比，可以得出不平衡电压大小与标准体积钻井液密度的关系，通过本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，能够快速准确的测量钻井液的密度，提高测量效率，缩短了工人测量时间，解决了常规密度计在测量过程中校正、调平、手动游码取值等易产生误差和手动记录的耗时耗力的技术问题。
作为本实用新型的进一步改进，所述处理模块包括信号放大器，V-I转换电路，A/D转换器和显示仪表，所述信号放大器用于放大接收的信号，所述V-I转换电路是将测量电压信号转化为电流信号，所述A/D转换器是将测量的模拟量转变为数字量并经所述显示仪表显示。
处理模块能够通过信号放大器、V-I转换电路、A/D转换器和显示仪表，将测量结果通过显示仪表显示出来，使得测量人员能够快速准确的获得数字显示，避免了因看错刻度线而造成的读数误差。
作为本实用新型的进一步改进，四个等值压敏电阻分别为R1、R2、R3、R4，R1与R4相对设置，R2、R3相对设置，其中：
ΔU＝(R1R4-R2R3)/(R1+R3)(R2+R4)*E；
式中：ΔU—输出电压，V；
R1、R2、R3、R4—等值压敏电阻；
E—电源电压,V。
作为本实用新型的进一步改进，待测钻井液密度由以下公式计算：
ρ＝(I-4)·ΔPmax·S/(20-4)V0·g；
式中：ρ—待测钻井液密度，g/cm3；
I—被测液体对应的电流值，mA；
ΔPmax—压敏电阻所受压力上限值，Pa；
S—标准杯底面积，cm2；
V0—标准杯体积，cm3；
g—重力加速度，9.8N/Kg；
20—压敏电阻压力上限输出电流为20mA；
4—压敏电阻压力为零时输出电流为4mA。
由公式可知，ΔPmax为压敏电阻所受压力上限值，可由仪器设计的密度最大测量值确定，S为标准杯底面积，V0为标准杯体积，g为重力加速度常数，4和20分别为电桥电路输出电流上下限值，以上参数均为确定值。因此，可得出待测钻井液密度与输出电流成正比。
在钻井过程中，一般要求钻井液密度需30～40min测量一次，并准确记录到班报表上。该测量仪器可实时监控现场工人的测量情况，并将测量数据进行电脑存储和实时远传共享。当不进行钻井液密度测量时，恒流源发出4mA的恒定电流，当有待测钻井液时，测量电路突然升高，记录测量过程和结果。因此，该系统可实时监控现场钻井液密度的变化情况和现场工人的实时测量情况。
作为本实用新型的进一步改进，在所述托盘顶部的中心设置有定位凸台，在所述样品杯的底部设置有定位孔，所述定位孔与所述定位凸台相适配。
通过定位孔与定位凸台相配合，使得样品杯固定在托盘的中部，确保测量结果的准确性。
作为本实用新型的进一步改进，在所述样品杯上设置有刻度。设置有刻度，能够确保样品杯内的钻井液量恒定。
作为本实用新型的进一步改进，所述弹性元件为膜盒。膜盒弹性元件用于测量微小压力。
作为本实用新型的进一步改进，所述样品杯包括杯体和杯盖，所述杯盖扣合在所述杯体上。
实施例1:
本实用新型提供的钻井液密度自动测量仪，包括：
样品杯1，用于盛装待测钻井液；
托盘2，用于承载样品杯1，在所述托盘2顶部的中心设置有定位凸台21，在所述样品杯1的底部设置有定位孔11，所述定位孔11与所述定位凸台21相适配；
壳体3，在所述壳体3内设置有单晶硅应变筒4，在所述壳体3上设置有弹性元件5，所述弹性元件5置于所述单晶硅应变筒4上方，所述托盘2设置在所述弹性元件5上，在所述单晶硅应变筒4的外壁上阵列分布有四个等值压敏电阻6；
测试电路，测量电路与四个等值压敏电阻6连接构成平衡电桥，盛装待测钻井液的样品杯1的重力作用于所述弹性元件5上，所述弹性元件5产生相应的弹性变形，所述弹性元件5弹性变形使所述单晶硅应变筒4受压变形，产生应力，以使压敏电阻6的阻值发生变化，平衡电桥失去平衡，经所述测量电路输出相应的电压；
处理模块，所述处理模块包括信号放大器，V-I转换电路，A/D转换器和显示仪表，所述信号放大器用于放大接收的信号，所述V-I转换电路是将测量电压信号转化为电流信号，所述A/D转换器是将测量的模拟量转变为数字量并经所述显示仪表显示，所述处理模块根据所述测量电路输出的电压信号计算样品容器内的样品密度。
具体地，四个等值压敏电阻分别为R1、R2、R3、R4，R1与R4相对设置，R2、R3相对设置，其中：
ΔU＝(R1R4-R2R3)/(R1+R3)(R2+R4)*E；
式中：ΔU—输出电压，V；
R1、R2、R3、R4—等值压敏电阻；
E—电源电压,V。
进一步地，待测钻井液密度由以下公式计算：
ρ＝(I-4)·ΔPmax·S/(20-4)V0·g；
式中：ρ—待测钻井液密度，g/cm3；
I—被测液体对应的电流值，mA；
ΔPmax—压敏电阻所受压力上限值，Pa；
S—标准杯底面积，cm2；
V0—标准杯体积，cm3；
g—重力加速度，9.8N/Kg；
20—压敏电阻压力上限输出电流为20mA；
4—压敏电阻压力为零时输出电流为4mA。
由公式可知，ΔPmax为压敏电阻所受压力上限值，可由仪器设计的密度最大测量值确定，S为标准杯底面积，V0为标准杯体积，g为重力加速度常数，4和20分别为电桥电路输出电流上下限值，以上参数均为确定值。因此，可得出待测钻井液密度与输出电流成正比。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种钻井液密度自动测量仪，其特征在于，包括：
样品杯，用于盛装待测钻井液；
托盘，用于承载样品杯；
壳体，在所述壳体内设置有单晶硅应变筒，在所述壳体上设置有弹性元件，所述弹性元件置于所述单晶硅应变筒上方，所述托盘设置在所述弹性元件上，在所述单晶硅应变筒的外壁上阵列分布有四个等值压敏电阻；
测试电路，测量电路与四个所述压敏电阻连接构成平衡电桥，盛装待测钻井液的样品杯的重力作用于所述弹性元件上，所述弹性元件产生相应的弹性变形，所述弹性元件弹性变形使所述单晶硅应变筒受压变形，产生应力，以使所述压敏电阻的阻值发生变化，平衡电桥失去平衡，经所述测量电路输出相应的电压；
处理模块，所述处理模块根据所述测量电路输出的电压信号计算样品容器内的样品密度。
2.根据权利要求1所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，所述处理模块包括信号放大器，V-I转换电路，A/D转换器和显示仪表，所述信号放大器用于放大接收的信号，所述V-I转换电路是将测量电压信号转化为电流信号，所述A/D转换器是将测量的模拟量转变为数字量并经所述显示仪表显示。
3.根据权利要求2所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，四个等值压敏电阻分别为R1、R2、R3、R4，R1与R4相对设置，R2、R3相对设置，其中：
ΔU＝(R1R4-R2R3)/(R1+R3)(R2+R4)*E；
式中：ΔU—输出电压，V；
R1、R2、R3、R4—等值压敏电阻；
E—电源电压,V。
4.根据权利要求3所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，待测钻井液密度由以下公式计算：
ρ＝(I-4)·ΔPmax·S/(20-4)V0·g；
式中：ρ—待测钻井液密度，g/cm3；
I—被测液体对应的电流值，mA；
ΔPmax—压敏电阻所受压力上限值，Pa；
S—标准杯底面积，cm2；
V0—标准杯体积，cm3；
g—重力加速度，9.8N/Kg；
20—压敏电阻压力上限输出电流为20mA；
4—压敏电阻压力为零时输出电流为4mA。
5.根据权利要求1所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，在所述托盘顶部的中心设置有定位凸台，在所述样品杯的底部设置有定位孔，所述定位孔与所述定位凸台相适配。
6.根据权利要求1所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，在所述样品杯上设置有刻度。
7.根据权利要求1所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，所述弹性元件为膜盒。
8.根据权利要求1所述的钻井液密度自动测量仪，其特征在于，所述样品杯包括杯体和杯盖，所述杯盖扣合在所述杯体上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231207 Address after: 841000 Andong Road, Korla Economic and Technological Development Zone, Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture, Xinjiang Uygur Autonomous Region Patentee after: BAZHOU XIBU RUIPU PETROLEUM TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 067000 No. 2 College Road, Chengde High-tech Industrial Development Zone, Hebei Province Patentee before: Hebei Petroleum University of Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right |