专利名称：泡沫钻井液密度测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测气、液、固相混合物密度的仪器，特别是检测泡沫钻井液密度的测试仪。应用于钻井技术领域，主要用于检测泡沫钻井液在模拟井下高温、高压条件下的密度变化量及变化规律，研究、评价、优选适用于特殊钻井工程的钻井液方案，为完成相关的钻井施工作业提供科学依据。由于泡沫钻井液具有密度低、对油层污染少等特殊的优点，已经得到越来越广泛应用，因此，检测并研究泡沫钻井液在施工过程中密度的变化量及变化规律，对于钻井施工，尤其是特殊井的钻井施工，具有极其重要的意义。
背景技术：
现在应用的钻井液密度测试方法主要有两种一种是普遍应用的杠杆式密度秤，即在杠杆一端的样品杯内加注定量的钻井液样品，另一端设置游动砝码，在杠杆平衡时，从杠杆上的刻度直接读出钻井液密度值。采用这种杠杆式密度秤测试钻井液密度，不能对被检测样品加热和加压，因此不能评价温度和压力对钻井液密度产生的影响。采用杠杆式密度秤测试，眼睛观察读取测试数据，检测精度低；样品杯不能密封，被测样品内含有的气体容易从样品中分离出来，不适合进行泡沫钻井液的密度检测。另一种方法是在样品杯内加入一定量的钻井液样品，外加较低的压力和温度，然后在数字天平上称量，显示重量数据，然后计算出被测试样品的密度值。两种方法都不能连续检测泡沫钻井液随温度、压力变化而产生的密度变化量及变化规律。
目前，未见有专用的泡沫钻井液密度测试仪器。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种泡沫钻井液密度测试仪，采用加热器和加压器，模拟井下温度和压力条件，采用高精度传感器，检测出样品随温度和压力变化产生的密度变化量及其变化规律，由数据处理装置采集、处理各试验数据，排除检测过程中各因素的干扰，提高仪器检测精度和自动化水平。
本申请的泡沫钻井液密度测试仪，主要由加热器、加压器、样品杯、传感器等组成。样品杯上部与杯盖螺纹连接并密封，下部由堵头和密封螺钉密封，使试验样品处于一个密闭腔室内。样品杯内径20～100mm，高度20～300mm，样品杯内置活塞，使加压介质与试验样品隔离，解决相互渗透的问题。样品杯内有活塞，活塞直径20～100mm，厚度4～50mm。样品杯外部有加热器，提供试验所需的温度。样品杯盖上部与高压隔离筒螺纹连接或焊接。高压隔离筒内部有传感器芯轴。高压隔离筒外部有传感器线圈，使加压介质与传感器线圈隔离，解决相互影响，产生检测误差的问题。高压隔离筒内径3～20mm，长度50～300mm，传感器芯轴直径2～15mm，长度50～400mm。传感器芯轴穿过杯盖中心孔，上部在高压隔离筒内，下部在样品杯内。传感器芯轴下端与活塞连接。框架固定在杯盖上。调节杆旋在框架的螺纹孔内，下端与传感器线圈连接，传感器线圈内径5～50mm，长度50～300mm。通过调节杆旋转带动传感器线圈上下移动，实现调节传感器线圈输出信号归零的功能。样品杯盖与泄压阀、加压阀及加压器连通，由加压器提供试验所需的压力。传感器线圈与数据处理装置之间有导线连接，将传感器线圈信号传递给数据处理装置。加热器与数据处理装置之间有导线连接，将加热器温度信号传递给数据处理装置。压力传感器与数据处理装置之间有导线连接，将压力信号传递给数据处理装置。
试验过程中，泡沫钻井液样品由于受到温度和压力的影响，体积发生变化，带动活塞产生向上或向下的位移，由活塞带动传感器芯轴产生相同的位移。位移信号经传感器线圈感应后输出到数据处理装置，将位移信号转换为泡沫钻井液密度值，记录并显示出泡沫钻井液密度值及密度变化规律曲线，然后可根据需要打印出测试结果。
为了准确定量被检测样品初始体积，研制了本仪器的样品定量装置。样品定量装置由底座、螺钉、调节杆和固定架组成，与样品杯配合应用，完成样品的定量、排除空气和密封。底座为台阶状圆柱形，下部大圆柱体采用螺钉固定在固定架上。底座小圆柱体有螺纹与样品杯相配，大圆柱体直径50～120mm，高度5～20mm。底座中心有螺孔，调节杆旋在螺孔内。
本实用新型的优点是，配置加热器和加压器，可以提供模拟现场温度和压力的条件。采用高压隔离筒结构使传感器芯轴在其内部，传感器线圈在其外部，解决了传感器受高温、高压及蒸汽影响而不能正常工作的问题。样品杯上部采用活塞结构，既可以使样品密封，又可以使样品与加压介质隔离，防止相互渗透。样品杯下部采用堵头和密封螺钉，便于样品定量操作，并保证样品可靠排气和密封。样品定量装置解决了含有固相、液相和气相物料的泡沫钻井液样品精确定量的问题，为提高泡沫钻井液密度检测精度垫定了基础。调节杆与传感器线圈连接，可以精确调整输出信号，减小误差，提高了检测精度。
本实用新型可以连续检测出样品受温度、压力影响而产生的密度变化量及变化规律，数显各试验参数、检测数据和显示检测规律曲线，可以自动记录存储各项数据，供以后需要时调用。
附图1泡沫钻井液密度测试仪剖面示意图。
附图2样品定量装置剖面示意图。样品杯倒置在样品定量装置上，在样品定量装置内定量放置测试样品的示意图。
图中1.加热器，2.密封螺钉，3.堵头，4.样品，5.样品杯，6.活塞，7.杯盖，8.泄压阀，9.高压隔离筒，10.传感器芯轴，11.传感器线圈，12.螺杆，13.框架，14.数据处理装置，15.加压阀，16.加压器，17.底座，18.螺钉，19.调节杆，20.固定架。
具体实施方式
结合本实用新型实施例和安装、测试过程，进一步详细说明。如附图1、2所示。将高压隔离筒(9)、泄压阀(8)、加压阀(15)与杯盖(7)螺纹连接并密封，高压隔离筒(9)内径5mm，长度250mm，框架(13)与杯盖(7)连接固定，将螺杆(12)旋在框架(13)的螺孔内，下部与传感器线圈(11)连接，加压器(16)与加压阀(15)连接。将传感器线圈(11)、加热器(1)和加压阀(15)处的压力传感器与数据处理装置(14)用导线联通，实现控制信号和检测信号传输。
试验前，首先将活塞(6)垂直压入样品杯(5)上部，样品杯(5)内径36mm，高度120mm，活塞(6)直径36mm，厚度10mm。然后将样品杯(5)倒立，拧入样品定量装置的底座(17)上，底座(17)的大圆柱体直径80mm，高度10mm。底座小圆柱体有螺纹与样品杯相配。向样品杯(5)内加注泡沫钻井液样品(4)50ml，再将堵头(3)旋入样品杯(5)，然后旋转调节杆(19)，使活塞(6)向上移动，调节杆直径10mm，长度100mm，当观察到样品(4)液面达到堵头(3)中心孔时，拧上密封螺钉(2)。将样品杯(5)从底座(17)拧下，即完成样品(4)的定量、排气和密封。也可以直接在样品杯(5)内加注样品(4)，然后旋转调节杆(19)，使活塞(6)向上移动，根据活塞(6)的位置可以确定样品(4)的体积量，多余的样品(4)由堵头(3)的中心孔排除，然后用密封螺钉(2)紧固密封。将样品杯(5)从底座(17)拧下，即完成样品(4)的定量、排除空气和密封。然后将样品杯(5)放在数字天平上称出重量，去除配件重量后，由样品(4)的净重和体积即可计算出样品(4)的初始密度。
将传感器芯轴(10)由杯盖(7)下部向上插入高压隔离筒(9)，再把装好样品的样品杯(5)拧入杯盖(7)并密封。开启仪器电源，调节螺杆(12)，观察显示器的密度测量值，达到输出信号为初始密度值的位置，然后按试验要求调节加热器(1)到需要的温度，调节加压器(16)到需要的压力，启动测试开关，仪器即开始执行自动测试。样品(4)受温度、压力条件影响，随时间产生体积变化，使活塞(6)和传感器芯轴(10)向下或向上移动。传感器线圈(11)检测传感器芯轴(10)的位移信号，传输到数据处理装置(14)，测试并显示出样品(4)的密度值及密度变化规律曲线。
试验过程中，由数据处理装置采集、存储、显示各试验参数和测试数据，以及样品(4)由于受温度、压力条件影响，随时间产生的密度变化量及变化规律曲线。本实用新型可以模拟井下压力范围在0-10MPa之间，温度范围在室温-180℃之间。试验完成后，可打印出试验结果，存储的各项试验数据，供以后需要时调用。
权利要求1.一种泡沫钻井液密度测试仪，主要由加热器(1)、样品杯(5)、杯盖(7)、高压隔离筒(9)、传感器芯轴(10)、传感器线圈(11)、螺杆(12)、框架(13)、数据处理装置(14)、加压器(16)等组成，其特征在于样品杯(5)上部与杯盖(7)螺纹连接并密封，内置活塞(6)，下部与堵头(3)连接并密封，密封螺钉(2)旋在堵头(3)上，样品杯内径20～100mm，高度20～300mm，样品杯内有活塞，活塞(6)直径20～100mm，厚度4～50mm，高压隔离筒(9)与杯盖(7)螺纹连接并密封，高压隔离筒(9)内有传感器芯轴(10)，高压隔离筒内径3～20mm，长度50～300mm，传感器芯轴(10)直径2～15mm，长度50～400mm，传感器芯轴(10)穿过杯盖(7)中心孔，上部在高压隔离筒(9)内，下部在样品杯(5)内，传感器线圈(11)内径5～50mm，长度50～300mm，螺杆(12)旋在框架(13)的螺纹孔内，下端与传感器线圈(11)连接，框架(13)与杯盖(7)固定连接，杯盖(7)侧面分别与加压阀(15)和泄压阀(8)连接，传感器线圈(11)与数据处理装置(14)之间有导线连接，加热器(1)与数据处理装置(14)之间有导线连接，压力传感器与数据处理装置(14)之间有导线连接。
2.如权利要求1所述的泡沫钻井液密度测试仪，其特征在于样品定量装置由底座(17)、螺钉(18)、调节杆(19)和固定架(20)组成，底座(17)为台阶状圆柱形，下部采用螺钉(18)固定在固定架(20)上，小圆柱体上有螺纹与样品杯(5)相配，大圆柱体直径50～120mm，高度5～20mm，与固定架(20)由螺钉(18)连接固定，底座(17)有中心螺孔，调节杆(19)旋在螺孔内。
专利摘要本申请的泡沫钻井液密度测试仪是一种应用于钻井领域，研究检测泡沫钻井液在模拟井下温度、压力条件下密度变化量及变化规律的专用仪器。样品杯和定量装置，可以使加入的试验样品精确定量，然后使样品保持在一个密闭的样品杯内，样品杯内的活塞可以随样品因受到温度、压力影响，体积发生变化，进而密度发生变化时产生上下移动，传感器检测出密度的变化量及变化规律。数据处理装置采集、处理、记录、存储并显示试验的温度、压力参数和密度检测数据及变化规律曲线，实现自动检测的功能。
文档编号G01N33/00GK2804850SQ20052010896
公开日2006年8月9日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者郭宝利, 袁孟雷, 赵世军, 王爱玲 申请人:华北石油管理局, 华北石油管理局钻井工艺研究院