CN2242977Y - 一种多参数钻井液性能传感器 - Google Patents

Abstract

一种多参数钻井液性能传感器，由上下口带有阀的采样检测罐、电路盒、粘度计泄放管和回流管组成。采样检测罐底部装有称重元件、铂电阻器，采样检测罐的内腔竖壁上镶有电极环。采样检测罐的底经阀与粘度计泄放管连接。电路盒内有单片微机。本传感器可以在一次采样中测量钻井液的密度、温度、电阻率、马氏粘度四项参数。本传感器不存在沉沙和杂物缠绕对测量的影响，在井场的安装工作量少，能自动冲洗。

Description

一种多参数钻井液性能传感器

本实用新型属于石油钻井地质勘探仪器类，是综合录井仪的一部分。

目前石油勘探过程中钻井液性能在现场的测量，密度、温度和电阻率都已纳入综合录井仪，粘度测量方法之一是使用马氏粘度计。现有技术存在如下的问题：

1.综合录井仪配有钻井液密度、温度和电阻率传感器，能自动测量，但三者各自单独安装、单独采样、单独测量，安装位置有时相隔达1米或更远，这使三者采样不在同一个“点”的小范围内，由于钻井液性能在液流内的分布不可能是均匀的，所以在同一井深三种性能数据的代表性将降低，就是说标着同一井深的三种参数实际上不能确切地反映同一井深点上的钻井液性能。

2.马氏粘度的测量未纳入综合录井仪，完全是人工操作。用定量的杯取钻井液样品，将漏斗下口堵住，滤网放在漏斗上，样品倒在滤网上，大颗粒被挡住，其余进入漏斗，漏斗满时放开下口，看秒表计时，500毫升样品漏完时读秒表的秒数，求得马氏粘度。此法效率低，又不便于计算机数据处理。

3.现有密度、温度、电阻率传感器安装在钻井液槽内，钻井液从传感器外表面流过，传感器本身成为流动的阻力而容易引起沉沙和杂物缠绕以致影响测量，现行的录井操作规程上规定了使用这些传感器必须“及时检查并清除沉沙及缠绕物”，还必须经常清洗，而清洗是人工进行。这些给操作带来很多不便。

4.现在四种传感器各自安装，占用空间及安装工作量都大。

本实用新型的目的是针对现有技术之不足，提供一种能将钻井液密度、温度、电阻率及马氏粘度四种参数的采样与检测组合为一体的、全部自动采样、自动测量的引流式多参数钻井液性能传感器，它能实现同一井深的四种参数测量结果来自同一次采得的样品而能确切地反映同一井深点上的钻井液性能。它还具有能自动冲洗、安装拆卸及清洗工作量都减少等特点。

本实用新型的技术方案是：

多参数钻井液性能传感器由上下口带有阀3、11、20的采样检测罐29、电路盒25、粘度计泄放管12和回流管21组成。采样检测罐29的底部装有称重元件30、铂电阻器32，电极环5、6、7、8镶在采样检测罐29的内腔竖壁上。采样检测罐29的底经阀11与粘度计泄放管12连接。电路盒25内有单片微机。

上述的多参数钻井液性能传感器，可将现有马氏粘度计作改装，将滤网改为活动筛板15，将现有手工采样杯与漏斗合并用与泄放管12相连的采样检测罐29代替。所述的阀3、11、20最好采用阀芯为腰形的闸板阀。

与现在技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.能在同一次钻井液采样中作密度、温度、电阻率和马氏粘度测量，使标着同一井深的这四种参数的测量结果能确切地代表同一井深点的钻井液性能。

2.使马氏粘度的测量成为自动化，测量结果便于输入计算机用于勘探工程的数据处理。

3.引流式的多参数钻井液性能传感器本身在安装时离开钻井液的液面，不存在沉沙及杂物缠绕问题，且能自动冲洗，也使安装拆卸工作量减小。

4.多参数钻井液性能传感器选定的测量方法和组合式的设计使其结构有明显的简化，从而制造成本降低。

下面结合附图与实施方式对本实用新型作进一步的说明。

图1是多参数钻井液性能传感器的带局部剖视的结构示意图；

图2是图1中B-B方向的带局部剖视的结构示意图；

图3是图1中C-C剖视图；

图4是阀20的阀芯结构示意图；

图5是筛板15结构示意图；

图6是一组多参数钻井液性能传感器33接入引流器37时的流程图。

在图1及图2中，可以看出多参数钻井液性能传感器主要部分由采样检测罐体29、电路盒25、马氏粘度计泄放管12和回流管21组成。采样检测罐29的罐体用聚四氟乙烯(或其它粘附性弱绝缘性优的高强度耐热工程塑料)制成，其内腔大体上是圆柱状，容积为700毫升。为了制造上的需要，罐体可设计成为罐顶27、28、罐体中段17及罐底上、下19、10各部分的装配体。罐内腔竖壁上镶有电源电极环5、8和电位电极环6、7。底部装有称重元件30，图示称重元件的感压面与罐内腔底面齐平，并示意为螺纹装配。称重元件30伸出罐外的部分座落在机壳底板22上。在图3中有显示的测温铂电阻器32，其感温顶面也应与罐内腔底齐平或稍微露出一点，与钻井液18接触。图1、2中显示了罐内腔既可采样又可检测，还可看出无液位控制元件。采样检测罐29的罐体外表面有保温层14。采样检测罐29的顶部有由气缸16拖动的筛板15、由气缸4拖动的上口阀3及泄气孔26，泄气孔阀24装在罐顶处，筛板15安装在上口阀3的上方。罐底部有由气缸13拖动的马氏粘度计泄放管阀11及由气缸9拖动的回流管阀20。罐体顶部经过上口阀3能与引流器管道连接。回流管21经过阀20安装在罐底下半10上，回流管通径与引流器管道同；通径很小的马氏粘度计泄放管12经过阀11安装在罐底下半10上。改装的自动马氏粘度计包括安装在罐顶上口阀上方的活动筛板15(气动)、共用的采样检测罐体29、安装在罐底的小通径粘度计泄放管12及泄放管阀11(气动)。电路盒25装在罐29的侧面。电路盒内有单片微机、称重电桥、测温电桥、测电阻率用的矩形波电源、测量周期自动控制电路及整机交直流电源电路。电路盒与采样检测罐之间以线束连接。电路盒外接着电源电缆和信号输出电缆。当多件多参数钻井液性能传感器组合于同一机壳中时，多件采样检测罐可配一件电路盒，将电路集中。

图3以局部剖视显示了称重元件30及铂电阻器32在罐底下半10上的相对位置，还显示了阀11、20各自的腰形闸板槽42、43。件31是罐底上下两半与罐体中段装配时的紧固螺钉。

图4及图5示意筛板15和阀20的阀芯结构。采样检测罐29的三件阀3、11、20的实施例之一是一种阀芯为腰形板的气动闸板阀。图中腰形板的长度稍大于通径的2倍，其右半有通径孔46，左半是“闸板”，无通径孔一端的侧面有装气缸活塞杆的螺孔41。筛板上相当于“闸板”的范围内有密布的筛孔44。阀芯用聚四氟乙烯制成。在图3中显示了大小两件阀的阀座为腰形槽43、42，它们的长度稍大于通径的3倍，管道位于腰形槽的中部。当阀芯受气缸推动移至图中槽的左端时，通径孔46与管道重合，阀为“开通”状态；当阀芯移至图中槽的右端时，“闸板”部分与管道重合，为“关断”状态。腰形槽侧面无活塞杆穿过的一端开了小孔45，它的作用是供阀芯移动时封闭着的槽内的空气做为出入的通道，以便减小移动时的阻力。从图3还可看出阀座腰形槽是铣在安装此阀的板件—罐底下半10上的。阀芯的腰形板结构使阀处于通断两态及过渡时阀芯总有一部分留在槽内，这样能避免介质从通径孔以外进入槽内。

采样检测罐29的上下口除可用闸板阀外，也可用球阀或适用于钻井液的其他阀类。阀的驱动方式除气动之外，也可用防爆电机拖动。但用气动闸板阀有可能是各种办法中能使多参数钻井液性能传感器整机体积为最小的。

可以参照附图来看一下本实用新型的运转过程：

多参数钻井液性能传感器安装于钻井液槽上方，不与液面接触，钻井液经引流泵送入采样罐29后能经回流管放回钻井液槽。

不采样时，筛板15撤至管道外，上口阀3和回流管阀20都开通，钻井液自上而下流过罐体29，上次测量时筛板上截留的大颗粒当筛板撤离管道时被筛板槽口刮入钻井液流内，此时都随大流经回流管21放空流入钻井液槽。

采样时，筛板15挡住上口，上口阀3关断，回流管阀20开通，阀24使泄气孔开通，此时罐内未滤过的钻井液放空。放空完毕(根据经验确定一个放空完毕时间的秒数，以后就自动控制定时)后，回流管阀20关断，上口阀3开通，钻井液经筛板挡住大颗粒，其余进入罐29内。再经过一定时间(根据经验确定)后罐内充满钻井液，采样完成，上口阀3和泄气管阀24关断，测量开始。

一次采样中先测量钻井液的密度、温度和电阻率。测量密度采用现在广泛应用的称重测密度方法，称重电桥的重量读数与钻井液容积固定数之比就是密度，用铂电阻器直接测量温度。引入电测井技术所用的电位法测量电阻率的方法，将矩形波交流电加于电源电极环5、8，测量电位电极环6、7之间的电位差ΔV，求ΔV与电极系的距离系数K之积就是所要求的电阻率。当容积固定且各电极环位置固定时K值为常数。测量时只有矩形交流一种电流分布于钻井液中。测量过程中的计算均由电路盒中的单片机完成。三者测完后，马氏粘度测量开始，单片机控制马氏粘度计泄放管阀11开通(此时回流管阀20仍关断)，泄气孔阀24也开通，钻井液经泄放管12开始缓慢地放空，计时随之开始。单片机根据刚才测得的密度值计算出钻井液200毫升剩余液柱应有的重量值g，称重元件监测剩余液柱重量的变化，单片机记录从计时开始到剩余液柱重量降到g的时间秒数，此即马氏粘度值。

马氏粘度计泄放管阀只有在测量马氏粘度和自来水冲洗采样检测罐内腔时才开通，其他时间均关断。

多参数测量结果由电路盒输出，以备送往录井仪的计算机作进一步的数据处理之用。

多参数钻井液性能传感器用于四参数测量时，测量周期取决于被测的马氏粘度的泄放秒数，因此不能短，有时不止二、三分钟。而其它几项参数测量所需时间都极短。从现场勘探的实际应用来看，马氏粘度的测量并不需要很频繁，而其余三个参数则需要测量周期越短越好。为解决这一问题。可将多参数钻井液性能传感器设计成四参数型和不测马氏粘度的三参数型两种。按用户要求配套(1+1或1+2)，合装于同一机壳内，各自分时起动，电路盒集中成为1件。因为多参数钻井液性能传感器结构简单，造价不高，所以2件或3件配套预计是可行的。三参数型的多参数钻井液性能传感器不设筛板、马氏粘度计泄放管、泄放管阀及两处气缸，其余结构与四参数型大体相同。

图6是一组多参数钻井液性能传感器33接入引流器37时的流程图。图示这一组多参数钻井液性能传感器包括三参数型(罐底只有一套管、阀)2件(图中T、U)和四参数型(罐底有2套管、阀)1件(图中V)，三者上端并联接入引流器的管道。图示有两种液流和管道，双线示冲洗用的自来水管，粗单线示钻井液引流管。有两个流程：录井和冲洗。录井时，“冲洗控制阀”36处于b→p，“冲洗换向阀”34处于p→a状态，钻井液从浸入液面38的吸头39经泵35送到多参数钻井液性能传感器，流向如所指。冲洗罐体29时，阀36处于a→p，阀34仍为p→a状态，泵35方向不变，但抽进和送出的不是钻井液而是水，流向多参数钻井液性能传感器，这时罐体29上下口各阀均开通，自来水将罐体内部冲洗干净。冲洗吸头39时，阀34处于p→b状态，此时吸头应自动抬离液面，冲洗水经吸头放入钻井液槽。冲洗水的流向如

所指。

Claims (3)

1.一种多参数钻井液性能传感器，由上下口带有阀[3]、[11]、[20]的采样检测罐[29]、电路盒[25]、粘度计泄放管[12]和回流管[21]组成，其特征在于采样检测罐[29]的底部装有称重元件[30]、铂电阻器[32]，电极环[5]、[6]、[7]、[8]镶在采样检测罐[29]的内腔竖壁上，采样检测罐[29]的底经阀[11]与粘度计泄放管[12]连接，电路盒[25]内有单片微机。

2.根据权利要求1所说的多参数钻井液性能传感器，其特征在于将现有马氏粘度计作了改装，滤网改为活动筛板[15]，将现有手工采样杯与漏斗合并用与泄放管[12]相连的采样检测罐[29]代替。

3.根据权利要求1所说的多参数钻井液性能传感器，其特征在于阀[3]、[11]、[20]采用阀芯为腰形的闸板阀。

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