钻井液粘度在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及油田钻井技术领域，尤其涉及一种钻井液粘度在线监测装置。

背景技术：

在石油钻井过程中，钻具中高速流动的钻井液将井下的钻井岩屑携带至地面，然后通过钻井液振动筛将岩屑滤出。但是，钻井液在钻井过程中会遇到各种工程上的复杂情况，比如遇到油气层、水层等。当遇到这些复杂情况时，会造成钻井液性能的变化，从而引发安全事故。为了预防因钻井液性能变化而带来的隐患，需要在石油钻井过程中对钻井液的粘度进行监测。

目前，石油行业常用人工测量的方式来获取钻井液的性能。

但是，这种测量方式监测效率低下，容易引入人为误差，从而影响监测的结果的准确性。当钻井过程中遇到有害气体、恶劣天气等情况时，采用人工方式测量方式还会极大地增加测量人员的作业难度，安全性差。

技术实现要素：

本实用新型提供一种钻井液粘度在线监测装置，以实现在钻井过程中对钻井液的自动在线监测，无需人工干预，监测效率高，监测结果准确。

第一方面，本实用新型提供一种钻井液粘度在线监测装置，包括：导轨、步进电机、粘度测量机构以及控制器，所述步进电机安装在所述导轨上，且所述导轨的下端位于钻井液的液面以下；所述粘度测量机构与所述步进电机连接，所述控制器分别与所述粘度测量机构、所述步进电机电连接；其中：

所述步进电机，用于根据所述控制器发送的驱动信号带动所述粘度测量机构沿所述导轨移动；

所述粘度测量机构，用于根据所述控制器发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器。

可选地，所述粘度测量机构包括：漏斗粘度计、质量传感器、连接杆，所述漏斗粘度计和所述质量传感器安装在所述连接杆上，所述连接杆与所述步进电机紧固连接；其中，所述质量传感器用于实时测量所述漏斗粘度计的质量。

可选地，所述漏斗粘度计的下端开口处设置有开关阀，所述漏斗粘度计与控制器电连接。

可选地，在所述漏斗粘度计接收到所述控制器发送的第一控制信号，且所述漏斗粘度计下端浸没在钻井液的液面以下时，所述开关阀处于开启状态，以使得钻井液通过所述漏斗粘度计的下端开口进入所述漏斗粘度计内；

在所述漏斗粘度计内的钻井液的体积达到预设的取样值时，所述开关阀从开启状态切换为关闭状态，所述漏斗粘度计在所述步进电机的带动下沿所述导轨上升，直到所述漏斗粘度计的下端离开所述钻井液的液面。

可选地，在所述漏斗粘度计接收到所述控制器发送的第二控制信号，且所述漏斗粘度计的下端离开所述钻井液的液面时，所述控制器在所述开关阀从关闭状态切换为开启状态时开始计时；

在所述质量传感器测量到所述漏斗粘度计的质量变更为初始标定质量时，所述控制器停止计时，并记录从开始计时时刻到停止计时时刻之间的时长，所述时长用于表征钻井液的粘度；其中，所述初始标定质量是指：所述漏斗粘度计在取样之前的质量。

可选地，所述装置还包括：设置在所述导轨下方的钻井液稳定槽，所述钻井液稳定槽的顶面为开口结构，且所述钻井液稳定槽的两个侧面均设置有至少一个通孔，以使钻井液通过所述钻井液稳定槽的两个侧面上的通孔进入所述钻井液稳定槽内。

可选地，所述装置还包括：滤网，所述滤网设置在所述钻井液稳定槽内，用于过滤钻井液的杂质和气泡。

可选地，所述控制器，还用于根据预设的测量周期向所述步进电机发送所述驱动信号，以及向所述粘度测量机构发送所述控制信号，以使得所述粘度测量机构按照设定的时间间隔对钻井液的粘度进行测量。

可选地，所述装置还包括：与所述控制器通信连接的远程终端，所述远程终端用于接收所述控制器发送的钻井液粘度测量结果，和/或向所述控制器发送调整信息，所述调整信息用于指示所述控制器调整预设的测量周期。

可选地，所述装置还包括：显示器，所述显示器与所述控制器通信连接，用于显示钻井液的粘度测量结果。

第二方面，本实用新型提供一种钻井液粘度在线监测方法，应用如第一方面中任一项所述的装置测量钻井液的粘度。

本实用新型提供的钻井液粘度在线监测装置，通过在导轨上安装能够沿导轨移动的步进电机，并在所述步进电机上设置粘度测量机构，所述粘度测量机构、所述步进电机与控制器电连接，且所述导轨的下端位于钻井液的液面以下；所述步进电机，用于根据所述控制器发送的驱动信号带动所述粘度测量机构沿所述导轨移动；所述粘度测量机构，用于根据所述控制器发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器。本实用新型通过控制器控制步进电机带动粘度测量机构完成对钻井液的自动取样和粘度测量，整个过程自动化程度高，无需人为干预，极大地提高了监测效率和安全性，且不会引入人为误差，使得监测的结果更加准确。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型实施例一提供的钻井液粘度在线监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的粘度测量机构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的漏斗粘度计的结构示意图；

图4为本实用新型实施例四提供的钻井液稳定槽的结构示意图；

图5为本实用新型实施例五提供的滤网的结构示意图；

图6为本实用新型实施例六提供的钻井液粘度在线监测装置的结构示意图；

图中：

1-导轨；

2-步进电机；

3-粘度测量机构；

31-漏斗粘度计；

32-质量传感器；

33-连接杆；

34-开关阀；

35-液位传感器；

4-控制器；

5-钻井液稳定槽；

6-滤网；

7-钻井液。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。

图1为本实用新型实施例一提供的钻井液粘度在线监测装置的结构示意图，如图1所示，本实施例中的装置可以包括：导轨1、步进电机2、粘度测量机构3以及控制器4，所述步进电机2安装在所述导轨1上，且所述导轨1的下端位于钻井液的液面以下；所述粘度测量机构3与所述步进电机2连接，所述控制器4分别与所述粘度测量机构3、所述步进电机2电连接；其中：

所述步进电机2，用于根据所述控制器4发送的驱动信号带动所述粘度测量机构3沿所述导轨1移动；

所述粘度测量机构3，用于根据所述控制器4发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器4。

本实施例中，在对钻井液进行粘度测量之前，粘度测量机构3位于钻井液液面以上，当步进电机2接收到控制器4发送的驱动信号时，步进电机2带动所述粘度测量机构3沿导轨1向下运动直到所述粘度测量机构3部分或者全部浸没在钻井液中。此时，所述粘度测量机构3根据所述控制器4发送的控制信号对钻井液进行取样。取样完成后，步进电机2根据所述控制器4的驱动信号带动所述粘度测量机构3沿导轨向上运动直到所述粘度测量机构3完全离开钻井液的液面为止。

在实际应用中，为了方便控制，可以设置步进电机2移动到预设的位置，在到达预设的位置时，所述粘度测量机构3开始对钻井液的粘度进行测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器4。需要说明的是，本实施例不限定步进电机上升和下降的高度，理论上，只要步进电机下降或上升的高度足以使得所述粘度测量机构3完成取样或测量即可。

在一实施例中，可以采用漏斗粘度计对钻井液的粘度进行测量。以马氏漏斗粘度计为例，其测量原理是将一定量(946ml)的钻井液在重力作用下从一个固定型漏斗中自由流出所需的时间来表示钻井液的粘度，通常用"S"(秒)来表示。

图2为本实用新型实施例二提供的粘度测量机构的结构示意图，如图2所示，所述粘度测量机构包括：漏斗粘度计31、质量传感器32、连接杆33，所述漏斗粘度计31和所述质量传感器32安装在所述连接杆33上。结合图1，所述连接杆33与所述步进电2紧固连接；其中，所述质量传感器32用于实时测量所述漏斗粘度计31的质量。

在一实施例中，还可以在所述漏斗粘度计31的下端开口处设置有开关阀34。

本实施例中，在所述漏斗粘度计31接收到所述控制器4发送的第一控制信号(取样控制信号)，且所述漏斗粘度计31下端浸没在钻井液的液面以下时，所述开关阀34处于开启状态，以使得钻井液通过所述漏斗粘度计31的下端开口进入所述漏斗粘度计31内。在所述漏斗粘度计31内的钻井液的体积达到预设的取样值时，所述开关阀34从开启状态切换为关闭状态，所述漏斗粘度计31在所述步进电机2的带动下沿所述导轨1上升，直到所述漏斗粘度计31的下端离开所述钻井液的液面。

本实施例中，在所述漏斗粘度计31接收到所述控制器4发送的第二控制信号(粘度测量控制信号)，且所述漏斗粘度计31的下端离开所述钻井液的液面时，所述控制器4在所述开关阀34从关闭状态切换为开启状态时开始计时。在所述质量传感器32测量到所述漏斗粘度计31的质量变更为初始标定质量时，所述控制器4停止计时，并记录从开始计时时刻到停止计时时刻之间的时长，所述时长用于表征钻井液的粘度；其中，所述初始标定质量是指：所述漏斗粘度计在取样之前的质量。

在一实施例中，所述漏斗粘度计31下端的开关阀34可以与控制器4通信连接，由控制器4来控制开关阀的开启和关闭。具体地，所述漏斗粘度计31中设置有液体体积测量传感器，当漏斗粘度计31内的钻井液的体积到达预设的取样值时，所述液体体积测量传感器向控制器4发送一个提醒信号。当控制器4接收到该提醒信号时，控制所述开关阀34从开启状态切换为关闭状态。当所述漏斗粘度计31跟随步进电机2离开钻井液的液面之后，控制器4控制所述开关阀34从关闭状态切换为开启状态，并开始计时。在所述质量传感器32测量到所述漏斗粘度计31的质量变更为初始标定质量时，所述控制器4停止计时，并记录从开始计时时刻到停止计时时刻之间的时长，所述时长用于表征钻井液的粘度。

在一实施例中，所述漏斗粘度计31下端的开关阀34可以与计时器、控制器4通信连接。具体地，所述漏斗粘度计31中设置有液体体积测量传感器，当漏斗粘度计31内的钻井液的体积到达预设的取样值时，所述液体体积测量传感器向开关阀34发送一个提醒信号。当开关阀34接收到该提醒信号时，开关阀34从开启状态切换为关闭状态。当所述漏斗粘度计31跟随步进电机2离开钻井液的液面之后，开关阀34从关闭状态切换为开启状态，并通知计时器开始计时。在所述质量传感器32测量到所述漏斗粘度计31的质量变更为初始标定质量时，通知所述计时器停止计时。所述计时器将记录的始计时时刻到停止计时时刻之间的时长信息发送给控制器4，其中，所述时长用于表征钻井液的粘度。

本实施例，通过在导轨1上安装能够沿导轨移动的步进电机2，并在所述步进电机2上设置粘度测量机构3，所述粘度测量机构3、所述步进电机2与控制器4电连接，且所述导轨1的下端位于钻井液的液面以下；所述步进电机2，用于根据所述控制器4发送的驱动信号带动所述粘度测量机构3沿所述导轨1移动；所述粘度测量机构3，用于根据所述控制器4发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器4。本实用新型通过控制器控制步进电机带动粘度测量机构完成对钻井液的自动取样和粘度测量，整个过程自动化程度高，无需人为干预，极大地提高了监测效率和安全性，且不会引入人为误差，使得监测的结果更加准确。

图3为本实用新型实施例三提供的漏斗粘度计的结构示意图，如图3所示，所述漏斗粘度计31内设置有液位传感器35，所述液位传感器35用于在漏斗粘度计31的钻井液液位达到预设刻度时，向所述控制器4发送提示信号。

图4为本实用新型实施例四提供的钻井液稳定槽的结构示意图，如图4所示，所述钻井液稳定槽5的顶面为开口结构，且所述钻井液稳定槽5的两个侧面均设置有至少一个通孔，以使钻井液7通过所述钻井液稳定槽5的两个侧面上的通孔进入所述钻井液稳定槽内。

图5为本实用新型实施例五提供的滤网的结构示意图，如图5所示，所述滤网6可以设置在钻井液稳定槽5内的两侧，也可以设置在钻井液稳定槽5内靠近钻井液流向上游的一侧。由于钻井液中混杂有泥浆，因此可能含有大量的固体、气体杂质，因此需要设置滤网进行过滤，以避免漏斗粘度计内发生堵塞。本实施例中，对滤网的数量和类型不予限定。

图6为本实用新型实施例六提供的钻井液粘度在线监测装置的结构示意图，如图6所示，所述装置可以包括：导轨1、步进电机2、漏斗粘度计31、质量传感器32、连接杆33、钻井液稳定槽5、滤网6以及控制器4，所述漏斗粘度计31和所述质量传感器32安装在所述连接杆33上；所述步进电机2安装在所述导轨1上，且所述导轨1的下端位于钻井液的液面以下；所述连接杆33与所述步进电2紧固连接；其中，所述质量传感器32用于实时测量所述漏斗粘度计31的质量；所述控制器4分别与所述漏斗粘度计31、质量传感器32、步进电机2电连接；其中：所述步进电机2，用于根据所述控制器4发送的驱动信号带动所述粘度测量机构3沿所述导轨1移动；所述漏斗粘度计31和质量传感器32，用于根据所述控制器4发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器4；所述控制器4，用于向所述步进电机2发送驱动信号，以使所述步进电机2带动所述漏斗粘度计31沿所述导轨1移动；所述钻井液稳定槽5设置在所述导轨1下方，用于稳定钻井液的液面，便于所述漏斗粘度计31完成取样；所述滤网6设置在所述钻井液稳定槽5内，用于过滤钻井液7的杂质和气泡。

在一实施例中，控制器4，还用于根据预设的测量周期向所述步进电机发送所述驱动信号，以及向所述粘度测量机构发送所述控制信号，以使得所述粘度测量机构按照设定的时间间隔对钻井液的粘度进行测量。

本实施例中，可以根据实际的作业情况，设置对钻井液的测量周期，例如当钻井工况比较复杂时，可以设置较短的测量周期。

在一实施例中，所述装置还包括：与所述控制器4通信连接的远程终端，所述远程终端用于接收所述控制器4发送的钻井液粘度测量结果，和/或向所述控制器4发送调整信息，所述调整信息用于指示所述控制器调整预设的测量周期。

本实施例中，控制器4可以通过无线或者有线方式与远程终端通信连接，远程终端可以向所述控制器4发送钻井液粘度测量结果查询请求，当控制器4接收到所述查询请求之后，将钻井液粘度测量结果发送给远程终端。可选地，远程终端可以设置查询的时间段，以获取该时间段内的所有钻井液粘度测量结果。本实施例中，远程终端还可以向所述控制器4发送调整信息，例如可以远程变更控制器4中设置的预设的测量周期。

在一实施例中，所述装置还包括：显示器，所述显示器与所述控制器4通信连接，用于显示钻井液的粘度测量结果。

本实施例中，显示器中可以实时显示当前测量到的钻井液的粘度，以及在预设的时间段内测量到的钻井液的粘度。

在一实施例中，所述控制器4还与人机交互界面相连，作业人员可以通过人机交互界面灵活地设置所述控制器4中的参数，并生成钻井液的粘度变化曲线图或者钻井液的粘度变化报告。

本实施例，通过在导轨1上安装能够沿导轨移动的步进电机2，并在所述步进电机2上通过连接杆33安装漏斗粘度计31、质量传感器32；所述漏斗粘度计31、所述质量传感器32、所述步进电机2与控制器4电连接，且所述导轨1的下端位于钻井液的液面以下，并在导轨1下方设置钻井液稳定槽5。其中，所述步进电机2，用于根据所述控制器4发送的驱动信号带动所述漏斗粘度计31沿所述导轨1移动；所述质量传感器32用于实时测量所述漏斗粘度计31的质量；所述漏斗粘度计31和质量传感器32，用于根据所述控制器4发送的控制信号对钻井液进行取样和粘度测量，并将钻井液的粘度测量结果发送给所述控制器4；所述钻井液稳定槽5用于稳定钻井液的液面，以便于所述漏斗粘度计31完成取样；所述滤网6设置在所述钻井液稳定槽5内，用于过滤钻井液7的杂质和气泡。本实用新型通过控制器控制步进电机带动粘度测量机构完成对钻井液的自动取样和粘度测量，整个过程自动化程度高，无需人为干预，极大地提高了监测效率和安全性，且不会引入人为误差，使得监测的结果更加准确。

本实用新型实施例还提供了应用图1-图3中任一项所述的装置的钻井液粘度在线监测方法来测量钻井液的粘度。本实施例中的方法的具体实现过程和原理请参考图1-图3中所示的内容，此处不再赘述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系均可以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位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。