专利名称：一种泥浆物理参数采集单元的制作方法
技术领域：
一种泥浆物理参数采集单元，它适于各种地质钻探和开发，特别适用于石油的钻井开发。
在地质钻井中，需要用泥浆来携带出钻井过程产生的岩屑和平衡地层压力，以维持钻井作业的进行并防止井喷等事故发生。而泥浆比重的控制是钻井中的一个重要问题。泥浆的比重过轻，就不能顶住地下地层的压力，从而发生井喷事故，而泥浆比重过大，对于钻机的钻进效率和钻机磨损都是很不利的。同时，泥浆比重过大也增加了钻井费用。在钻探过程中，井位不同，地下压力差别很大，随着钻井深度的进展，地层地质性质也会发生变化，从而使井下压力产生较大的波动。在钻探过程中，一般在发生大的地质变化以及出现象漏失、气浸、水浸、井壁坍塌等异常情况之前，都会使泥浆的物理性质(如比重、温度、泥浆池液面高度等)发生变化，因此可以通过测量这些物理量来判断井下将发生的情况，采取相应措施，保证钻井的顺利进行和钻井的安全。但是，由于井位的自然环境很差，用常规仪器很难在现场条件下及时对泥浆的物理参数进行精确测定。因此，现在的钻井都是用保守的方法，即人为加大泥浆的比重，以减少发生井喷的可能性。可这种被动的方法不仅不能完全杜绝井喷，而且还造成很大的浪费。更有甚者，在勘探过程中往往是使用了过高的泥浆比重，使遇到的油、气层被“丢掉了”。如果能在整个钻井过程中，在不同的地层压力阶段使用不同比重的泥浆进行平衡，实现钻井的平衡作业，将会带来很大的好处。
本实用新型的目的是发明一套可用于钻井现场对泥浆比重、温度以及泥浆池液面高度等物理性能进行测量的泥浆物理参数采集单元，为实现钻井过程中平衡作业提供可靠保证。
本实用新型如附
图1所示，它有压力传感器(1)和压力传感器(2)，温度传感器(3)，其特征在于有一端带有节流小孔的长管(4)和一端带有节流小孔的短管(5)，在长管(4)和短管(5)上分别装有压力传感器(1)和压力传感器(2)，在长管(4)和短管(5)节流端接有压缩空气源(6)。
本实用新型在使用时，把两管垂直插于泥浆池中，保持两管的下端口有一固定的高程差H，其两管的下端开口部都低于泥浆池液面。在工作时，压缩空气源(6)通过节流小孔向两管连续供气，气体不断通过两管下端的开口溢出，保证两管中都没有泥浆。这时，短管(5)中的气体压力(相对大气压力)为短管(5)下端口部距泥浆池液面高度L1所产生的泥浆压力P1，长管(4)中的气体压力为长管(4)下端口部距泥浆池液面高度L2所产生的泥柱压力P2，如果泥浆比重为d，那么P1＝d＊L1P2＝d＊L2因为 L2－L1＝H为常值，P2－P1＝d＊L2－d＊L1＝d＊(L2－L1)故有 d＝(P2－P1)／H因此，可以通过两管的压力差值求出泥浆的比重。在知道泥浆比重之后，可通过L1＝P1／d或L2＝P2／d求得泥浆液面的高度。同时，通过温度传感器(3)插在泥浆池中测出泥浆的温度。这样就实现了对泥浆比重、温度和泥浆池液面高度的测量。由于压力传感器(1)和(2)装于两管的上部，不接触到泥浆，工作条件好。本实用新型的结构简单，只要固定于泥浆池中就能方便工作，而且可以实时测量，从而保证了及时监视井下的异常情况，也为进行平衡钻井作业提供了可靠保证。
本实用新型中的压缩空气源(6)可以是一个小型空气压缩机或是压缩空气贮气瓶及钻机系统的压缩空气源，节流小孔可以较小，只要保证有少量的空气不断进入两管中并从两管的下端溢出，使两管中没有泥浆即可。但太小时泥浆池液面的波动对测量影响较大。节流小孔起到了限制气体流量和隔绝气源压力对两管压力影响的作用。
本实用新型中的长管(4)和短管(5)可以并在一起做成一体，这样便于本发明在泥浆池中的安放。管的截面形状可以是各种形状，如园形、方形、六边形等。本实用新型中长管(4)和短管(5)上分别装的压力传感器(1)和(2)也可以换为在长管(4)和短管(5)之间跨装一个压差传感器和在其中之一上装一个压力传感器，使压力差值的测量误差减少。
本实用新型中的温度传感器可以有数个，布放在距泥浆泵口不同距离位置上，通过测量泥浆温度梯度的变化。可以相应得知泥浆粘度值的变化，可更准确地对井下发生的情况作出判断。
本实用新型中所用的压力(或压差)传感器以及温度传感器可以是普通工业仪表，也可以是自动化仪表，还可以是如附图2所示，传感器只是一些基础的敏感元件。敏感元件通过导线与插入标准工业控制介面(简称RTU)(7)中的各自的测量适配模块(8)相连，RTU(7)通过标准串行通讯接口与可为整个系统所共有的中央控制计算机(9)相连，成为一个机电一体化的钻机泥浆物理参数采集单元。中央控制计算机(9)通过串行通讯接口给RTU(7)发送地址选通命令，选通不同的测量适配模块(8)。测量适配模块(8)被选通后，把敏感元件的模拟量转换为数字量送回计算机(9)，计算机(9)通过扫描的方式不断对各个测点进行自动数据采集，并实时进行计算处理和记录。提高了监测精度和速度，而且可以在RTU(7)中插入如象井口防喷装置控制适配模块，报警装置驱动模块等。在监测到异常现象将发生时进行自动处理和报警，实现机电一体化的测量与控制。
权利要求1.一种泥浆物理参数采集单元，它有压力传感器(1)和压力传感器(2)，温度传感器(3)，其特征在于有一端带有节流小孔的长管(4)和一端带有节流小孔的短管(5)，在长管(4)和短管(5)上分别装有压力传感器(1)和压力传感器(2)，在长管(4)和短管(5)节流端接有压缩空气源(6)。
2.如权利要求1所述的泥浆物理参数采集单元，其特征在于压力传感器(1)和压力传感器(2)为一跨装于长管(4)和短管(5)之间的压差传感器和装于长管(4)与短管(5)其中之一的压力传感器。
3.如权利要求1或2所述的泥浆物理参数采集单元，其特征在于温度传感器(3)为布放在距泥浆泵口不同距离位置上的数个温度传感器。
4.如权利要求1或2所述的泥浆物理参数采集单元，其特征在于压力传感器(1)和(2)，温度传感器(3)都为基础敏感元件，各敏感元件通过导线与插入标准工业控制介面(7)中的各自的测量适配模块(8)相连，标准工业控制介面通过标准串行通讯接口与可为整个系统所共有的中央控制计算机(9)相连。
5.如权利要求3所述的泥浆物理参数采集单元，其特征在于压力传感器(1)和(2)，温度传感器(3)都为基础敏感元件，各敏感元件通过导线与插入标准工业控制介面(7)中的各自的测量适配模块(8)相连，标准工业控制介面(7)通过标准串行通讯接口与可为整个系统所共有的中面控制计算机(9)相连。
专利摘要一种泥浆物理参数采集单元，它适用于各种地质钻探、油田开发等。它使用插于泥浆池中的两根长短不同的管子，通气后测量两管的压差和压力，可以测得泥浆的比重与泥浆池液面位置，同时通过温度传感器测量泥浆温度。通过实时在线采集钻井时泥浆的上述物理量可以分析出井下发生的情况(如像漏失、气浸、水浸、井壁坍塌等异常)，从而及时采取措施，便于平衡钻井的实施，提高钻井效率。
文档编号E21B47/06GK2062760SQ9020003
公开日1990年9月26日 申请日期1990年1月6日 优先权日1990年1月6日
发明者石行, 尤装 申请人:北京市西城新开通用试验厂