专利名称：一种钻井液流变性测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种液体流变性测量装置及测量方法，特别是关于一种适用于在不同温压条件下对钻井液流变性进行测定的钻井液流变性测量装置及测量方法。
背景技术：
目前，海洋深水钻井过程中，都会遇到低温高压的情况，而温度和压力对钻井液的流变性的影响较大。为了更好的满足海洋深水钻井要求，需要在低温高压的条件下对钻井液的流变性进行测定，以便更准确地了解海洋深水钻井时的低温高压情况下钻井液的流变性。现有的流变性测定方法都是采用内外筒式的旋转粘度计来进行钻井液流变性的测定。常用的粘度计采用同步电机驱动、机械齿轮换挡变速的结构，只能测定六个固定剪切速率下钻井液的流变性，不能自由地选择测量时所需的剪切速率。另外这种粘度计只能测定常温常压条件下的流变性，若需测定低温或高温条件下的流变性，还需单独降温或加热后再进行测定，不仅操作麻烦，还会因温度的不恒定导致数据误差大、重复性差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作简便，测量精度高，且能够测量不同温压条件下钻井液流变性的钻井液流变性测量装置及测量方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种钻井液流变性测量装置及测量方法，其特征在于:它包括高压釜体、旋转筒、组合釜盖、测量元件和驱动电机；所述高压釜体包括一筒体，所述筒体内设置有制冷管，所述制冷管的两端穿出所述筒体与一制冷机连通，所述筒体上径向设置有一与增压泵连通的增压口 ；所述筒体的下部设置有一底板，所述底板的底面固定连接一支柱，所述支柱上转动连接一由所述驱动电机带动的皮带轮；所述皮带轮的顶部设置有随其转动的一下磁环，所述底板的顶面设置有通过磁力作用随所述下磁环转动的一上磁环；所述旋转筒通过轴承连接在所述高压釜体内，所述旋转筒的底部固定连接所述下磁环；所述组合釜盖包括密封连接在所述高压釜体顶部的一内釜盖，所述内釜盖的中部设置有一隔板，所述内釜盖的下部通过内螺纹连接一封板；所述内釜盖的外部台阶上设置有一外釜盖，所述外釜盖的下部通过内螺纹连接在所述高压釜体上；所述内釜盖顶部设置有一顶盖，所述顶盖下部连接在所述内釜盖外部；所述顶盖与所述隔板之间设置有一上磁环，所述隔板与所述封板之间设置有一下磁环；所述测量元件包括一扭矩传感器和一测量体，所述扭矩传感器设置在所述顶盖上，其输入轴通过轴承支撑在所述顶盖和隔板上，且与所述组合釜盖内的上磁环内壁固定连接；所述测量体插设在所述旋转筒内，其输出轴转动支撑在所述封板和隔板上，且与所述组合釜盖内的下磁环内壁固定连接。所述旋转筒的上部设置有方便钻井液注入的上大、下小台阶状的内凹缘。所述内釜盖下部通过外螺纹连接在所述高压釜体内，所述内釜盖的台阶底面与所述筒体顶面之间设置有密封垫圈。所述内釜盖下部设置若干密封圈，所述内釜盖与所述高压釜体通过密封圈密封连接在一起，所述内釜盖的台阶底面与所述高压釜体顶面之间设置有密封垫圈。上述一种钻井液流变性测量装置的测量方法，其包括以下步骤:1)打开组合釜盖，连带取出测量元件，从旋转筒的上方注入待测钻井液，将测量元件装入旋转筒内，并拧紧组合釜盖；2)在测试开始前，根据测试要求，对旋转筒中待测钻井液的温压条件进行调节；3)待测钻井液达到测试要求的温压条件后，开启驱动电机，通过皮带轮带动高压釜体内的下磁环转动，在磁力作用下，高压釜体内的上磁环会随着下磁环一起转动，从而带动旋转筒转动；旋转筒内的钻井液在随着旋转筒一起转动的同时，会通过钻井液的粘滞作用带动测量体转动，测量体的转动会通过其输出轴带动组合釜盖内的下磁环转动，在磁力作用下，组合釜盖内的上磁环会随着下磁环一起转动，连接上磁环的扭矩传感器的输入轴便会将输入轴感应的扭转信息输入给扭矩传感器；4)通过与扭矩传感器连接的控制系统经过计算，便可以得出待测钻井液的流变参数。所述步骤2)中关于温压条件的调节方式采用下述方法之一:①测量低温高压条件下钻井液的流变性时，将高压釜体内设置的制冷管与制冷机连通，通过制冷机向高压釜体内的制冷管循环注入制冷液以降低待测钻井液的温度，同时将高压釜体上的增压口与增压泵连接，通过增压泵向高压釜体加压以增加待测钻井液的压力测量高温高压条件下钻井液的流变性时，在高压釜体外围设置一高温加热装置，以将待测钻井液加热至设定的高温温度，同时将高压釜体上的增压口与增压泵连接，通过增压泵向高压釜体I加压以增加待测钻井液的压力。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于在高压釜体的底部设置了一由驱动电机带动的皮带轮，皮带轮顶部连接了一随其转动的下磁环，在高压釜体的底板顶面设置了通过磁力作用随下磁环转动的一上磁环，上磁环内壁连接了一旋转体，开启驱动电机通过皮带轮带动下磁环转动，在磁力作用下，高压釜体内的上磁环会随着下磁环一起转动，从而带动旋转筒转动，因此本发明驱动部分设计巧妙，且操作简单。2、本发明由于在高压釜体顶部设置了一组合釜盖，组合釜盖内设置了一下磁环和一通过磁力作用随下磁环转动的上磁环，在组合釜盖下部转动支撑插设在旋转筒内的一测量体，且测量体的输出轴与下磁环内壁固定连接，在组合釜盖顶部设置了一扭矩传感器，其输入轴转动支撑在组合釜盖上部，且与上磁环内壁固定连接，旋转筒内的钻井液在随着旋转筒一起转动的同时，会推动测量体带动组合釜盖内的下磁环转动，从而带动下磁环转动，扭矩传感器测出其输入轴的扭转信息，并通过控制系统计算出待测钻井液的流变参数，因此本发明测量部分设计巧妙，操作简单，且通过扭矩传感器和控制系统进行测量计算，测量精度高。3、本发明由于在高压釜体的筒体径向设置了一进口和一出口，在开始测量前，将筒体上的进口和出口与制冷机或增压泵连通，可以很方便的调节钻井液的温压条件，而且在高压釜体外包覆一加热套，就可以对待测钻井液进行加热，因此本发明能够模拟真实海洋深水井的温压条件，从而更精确的测量出钻井液的流变性参数。本发明操作简单，测量准确度高，且能够测量不同温压条件下钻井液的流变性，它可以广泛应用于各类钻井液的流变性测量过程中。
图1是本发明的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括高压釜体1、旋转筒2、组合釜盖3、测量元件4和驱动电机(图中未示出)。本发明的高压釜体I包括一筒体11，筒体11内壁上固定连接有一根呈螺旋状结构的制冷管(图中未示出)，制冷管的两端通过筒体11下部设置的一开口 12伸出高压釜体，与一制冷机的供液管和回液管连通，且开口 12与制冷管之间做密封处理。筒体11的中部径向设置有一增压口 13，增压口 13通过管道与一增压泵的输出端连通。筒体11的下部设置有与其一体成型的一底板14，底板14的底面固定连接一支柱15，支柱15通过轴承转动连接一由驱动电机带动的皮带轮16。在皮带轮16的顶部设置有一随其转动的下磁环17，在底板14的顶面设置有一通过磁力作用随下磁环转动的上磁环18。本发明的旋转筒2通过轴承连接在高压釜体I内，旋转筒2的底部固定连接在下磁环18内。旋转筒2上部设置有上大、下小的三级台阶状内凹缘21，以方便钻井液注入。本发明的组合釜盖3包括密封连接在高压釜体顶部的一内釜盖31，内釜盖31的中部设置有与其一体成型的一隔板32，内釜盖31的下部通过内螺纹连接一封板33 ;内釜盖31的外部台阶上设置有一外釜盖34，外釜盖34的下部通过内螺纹连接在高压釜体I上；内釜盖31顶部设置有一顶盖35，顶盖35下部通过内螺纹连接在内釜盖31外部。在顶盖35与隔板32之间设置有一上磁环36,在隔板32与封板33之间设置有一下磁环37。本发明的测量兀件4包括一扭矩传感器41和一测量体42,扭矩传感器41设置在顶盖35顶部，其输入轴43通过轴承支撑在顶盖35和隔板32上，且与上磁环36内壁固定连接。测量体42插设在旋转筒2内，其输出轴44通过轴承支撑在隔板32和封板33上，且与下磁环37内壁固定连接。本发明的驱动电机采用无极变速，可以在O 600转范围内任意调节皮带轮16的转速，因此可以测量不同转速下的剪切应力，更准确地获得钻井液的流变性测量结果。上述实施例中，内釜盖31的下部可以通过外螺纹连接在高压釜体I内；也可以在内釜盖31下部设置若干密封圈，将内釜盖31和筒体11通过密封圈密封连接在一起。另外，内釜盖31的台阶底面与高压釜体I顶面之间设置有密封垫圈，以实现密封连接。使用本发明装置对钻井液的流变性进行测量时，包括以下步骤: I)打开组合釜盖3，连带取出测量元件4，从旋转筒2的上方注入待测钻井液，将测量元件4装入旋转筒2内，并拧紧组合釜盖3 ；2)在测试开始前，根据测试要求，对旋转筒2中待测钻井液的温压条件进行调节:3)待测钻井液达到测试要求的温压条件后，开启驱动电机，通过皮带轮16带动高压釜体内的下磁环17转动，在磁力作用下，高压釜体内的上磁环18会随着下磁环17 —起转动，从而带动旋转筒2转动；旋转筒2内的钻井液在随着旋转筒2 —起转动的同时，会通过钻井液的粘滞作用带动测量体42转动，测量体42的转动会通过其输出轴44带动组合釜盖3内的下磁环37转动，在磁力作用下，组合釜盖3内的上磁环36会随着下磁环37 —起转动，连接上磁环36的扭矩传感器41的输入轴43便会将输入轴43感应的扭转信息输入给扭矩传感器41 ；
4)通过与扭矩传感器41连接的控制系统经过常规计算，便可以得出待测钻井液的流变参数。上述方法实施例中，步骤2)关于温压条件的调节包括:①需要测量低温高压条件下钻井液的流变性时，将高压釜体I的进口 12和出口 13与制冷机连通，将高压釜体I上的增压口与增压泵连接，通过制冷机向高压釜体I内的制冷管循环注入制冷液以降低待测钻井液的温度，同时通过增压泵向高压釜体I加压以增加待测钻井液的压力。②需要测量高温高压条件下钻井液的流变性时，在高压釜体I外围设置一高温加热装置，以将待测钻井液加热至设定的高温温度，同时将高压釜体I上的增压口与增压泵连接，通过增压泵向高压釜体I加压以增加待测钻井液的压力。上述高温加热装置可以是一具有高温循环液态的加热套，也可以是一电加热装置。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种钻井液流变性测量装置，其特征在于:它包括高压釜体、旋转筒、组合釜盖、测量元件和驱动电机； 所述高压釜体包括一筒体，所述筒体内设置有制冷管，所述制冷管的两端穿出所述筒体与一制冷机连通，所述筒体上径向设置有一与增压泵连通的增压口 ；所述筒体的下部设置有一底板，所述底板的底面固定连接一支柱，所述支柱上转动连接一由所述驱动电机带动的皮带轮；所述皮带轮的顶部设置有随其转动的一下磁环，所述底板的顶面设置有通过磁力作用随所述下磁环转动的一上磁环； 所述旋转筒通过轴承连接在所述高压釜体内，所述旋转筒的底部固定连接所述下磁环； 所述组合釜盖包括密封连接在所述高压釜体顶部的一内釜盖，所述内釜盖的中部设置有一隔板，所述内釜盖的下部通过内螺纹连接一封板；所述内釜盖的外部台阶上设置有一外釜盖，所述外釜盖的下部通过内螺纹连接在所述高压釜体上；所述内釜盖顶部设置有一顶盖，所述顶盖下部连接在所述内釜盖外部；所述顶盖与所述隔板之间设置有一上磁环，所述隔板与所述封板之间设置有一下磁环； 所述测量元件包括一扭矩传感器和一测量体，所述扭矩传感器设置在所述顶盖上，其输入轴通过轴承支撑在所述顶盖和隔板上，且与所述组合釜盖内的上磁环内壁固定连接；所述测量体插设在所述旋转筒内，其输出轴转动支撑在所述封板和隔板上，且与所述组合釜盖内的下磁环内壁固定连接。
2.如权利要求1所述的一种钻井液流变性测量装置，其特征在于:所述旋转筒的上部设置有方便钻井液注入的上大、下小台阶状的内凹缘。
3.如权利要求1或2所述的一种钻井液流变性测量装置，其特征在于:所述内釜盖下部通过外螺纹连接在所述高压釜体内，所述内釜盖的台阶底面与所述筒体顶面之间设置有密封垫圈。
4.如权利要求1或2所述的一种钻井液流变性测量装置，其特征在于:所述内釜盖下部设置若干密封圈，所述内釜盖与所述高压釜体通过密封圈密封连接在一起，所述内釜盖的台阶底面与所述高压釜体顶面之间设置有密封垫圈。
5.一种如权利要求1 4所述钻井液流变性测量装置的测量方法，其包括以下步骤: 1)打开组合釜盖，连带取出测量元件，从旋转筒的上方注入待测钻井液，将测量元件装入旋转筒内，并拧紧组合釜盖； 2)在测试开始前，根据测试要求，对旋转筒中待测钻井液的温压条件进行调节； 3)待测钻井液达到测试要求的温压条件后，开启驱动电机，通过皮带轮带动高压釜体内的下磁环转动，在磁力作用下，高压釜体内的上磁环会随着下磁环一起转动，从而带动旋转筒转动；旋转筒内的钻井液在随着旋转筒一起转动的同时，会通过钻井液的粘滞作用带动测量体转动，测量体的转动会通过其输出轴带动组合釜盖内的下磁环转动，在磁力作用下，组合釜盖内的上磁环会随着下磁环一起转动，连接上磁环的扭矩传感器的输入轴便会将输入轴感应的扭转信息输入给扭矩传感器； 4)通过与扭矩传感器连接的控制系统经过计算，便可以得出待测钻井液的流变参数。
6.如权利要求5所述的一种钻井液流变性测量装置的测量方法，其特征在于:所述步骤2)中关于温压条件的调节方式采用下述方法之一:①测量低温高压条件下钻井液的流变性时，将高压釜体内设置的制冷管与制冷机连通，通过制冷机向高压釜体内的制冷管循环注入制冷液以降低待测钻井液的温度，同时将高压釜体上的增压口与增压泵连接，通过增压泵向高压釜体加压以增加待测钻井液的压力； ②测量高温高压条件下钻井液的流变性时，在高压釜体外围设置一高温加热装置，以将待测钻井液加热至设定的高温温度，同时将高压釜体上的增压口与增压泵连接，通过增压泵向高压釜体I 加压以增加待测钻井液的压力。
全文摘要
本发明涉及一种钻井液流变性测量装置及测量方法，其特征在于它包括高压釜体、旋转筒、组合釜盖和测量元件；高压釜体包括具有增压口的筒体，筒体内设置有与外界制冷机连通的制冷管；筒体底板的底面设置一由驱动电机通过皮带轮带动的下磁环，顶面设置有随下磁环转动的上磁环；旋转筒转动支撑在高压釜体内，其底部连接下磁环；组合釜盖内釜盖和外釜盖，内釜盖内设置顶盖、隔板和封板；顶盖与隔板之间设置有上磁环，隔板与封板之间设置有下磁环；测量元件包括扭矩传感器和测量体，扭矩传感器的输入轴与组合釜盖内的上磁环连接；测量体插设在旋转筒内，其输出轴与组合釜盖内的下磁环连接。本发明能够测量不同温压条件下钻井液的流变性，可以广泛应用于钻井液的流变性测定过程中。
文档编号G01N11/14GK103217362SQ20131008257
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者罗洪斌, 舒福昌, 蒋世全, 向兴金, 许亮斌, 石磊, 盛磊祥, 江引余, 周定照, 周建良, 李迅科 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 长江大学