在线液体密度计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液体密度计，尤其是一种用于在线实时测量的液体密度计。
【背景技术】
[0002]钻井液，俗称泥浆，被公认为油田钻井的血液，在钻井作业中起着非常重要的作用。在钻井过程中，会钻遇水层、油气层及各种不同岩性的地层，引起钻井液密度和性能的变化，为了平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏的要求，需经常掌握钻井液密度的变化情况。
[0003]目前实验室包括井场实验室使用泥浆比重计测量钻井液密度，少量使用电子泥浆密度计。泥浆比重计是一个不等臂的天平，它的杠杆刀口搁在可固定安装在工作台的座子上，杠杆左侧为泥浆杯，杠杆右侧为有刻度的游码装置，移动游码可在标尺上直接读出泥浆比重。电子泥浆密度计是一个电子天平，配置一个固定质量和容积的泥浆杯，通过换算可以直接读出泥浆密度。见附图1。但这属于静态测量，无法在线实时掌握钻井液密度的变化情况。
[0004]钻井液密度在线测量是钻井工程中较难解决问题，因为钻井液是在不停的循环流动，泥浆池中的钻井液还要不停的搅拌，其温度变化范围较大，钻井现场的环境也较恶劣，这给准确测量密度带来了一定的困难，下面列举了几种测试方法，是技术人员构想和实验过的。
[0005]1.谐振频率法测试密度:
该装置根据弹簧质量系统原理，设计成直管或U型管两种型式。闭环振荡电路保持该谐振管作自由振荡，由于振荡频率与流过管内液体的密度有关，我们可以把这个系统简化为一个弹簧振子模型。由于钻井液是通过振动管参加系统的振动，当钻井液的密度P发生变化时，在恒定体积中的钻井液质量即:m=p.V也发生了变化，导致系统振子的质量m发生了变化，因此该系统的固有频率f也相应变化。在工程应用的数值范围里，这个频率可以和通过系统的液体密度成--对应关系。
[0006]通过数字处理电路，可根据检出的频率换算成流体密度。该装置的测量精度极高，如美国加利布朗系统公司的一种SPUP620型密度计，其精密可达0.0001g/cm3，但是在钻井现场要使用它，必须要加接泥浆专用管道，引流和回流。
[0007]2.浮子浮力法:
该系统由浮子、吊索和拉力传感器等组成，通过拉力传感器测量浮力换算为密度。
[0008]3.双法兰差压法:
该装置由压力传感器和固定机架组成，通过测量压差就可以换算出液体的密度。
[0009]以上列举的几种测试方法，除了谐振频率法以外，其余几种方法都是建立在静止流体力学基础上的。由于钻井液并不是静止的，它在不断地循环和搅动，因此用静态原理测试密度的装置就必须克服这些影响，另外钻井现场的环境对测试装置也提出了很苛刻的要求，钻井液为非牛顿的腐蚀性液体，容易粘连和固化。另外装置还要考虑防水、防爆等要求。由于钻井液的温度在5(T70°C左右。因此在钻井液液面下的元器件应有较好的温漂指标。
[0010]目前用得最多的是双法兰差压法传感器装置，但它只能在流速和波动很小的地方使用，并且容易被泥浆糊住而造成误差。谐振管虽然效果好，但其设备和使用成本都很高，一般工程中很难承受。同样浮子浮力法较容易受到侧向力的干扰，如风力、钻井液流动力坐寸O
[0011]钻井液的密度测量方法是经典的、成熟的，但在钻井现场的在线实时测量却一直没有精密度好又经济的测量仪器。
[0012]发明专利内容
随着科学技术的发展和计算机技术的升级换代，自动化、信息化、实时化的钻井队将逐步实现，今后大部分工程数据将通过钻井实时监测系统采集，通过可编程控制器将安装在各关键部位的监测仪器和多种传感器连接起来，再由数传模块将数据无线传输给井队值班房计算机，经过数据处理以图表的形式在计算机上显示出来，然后通过网络传输到钻井公司及总公司，即可实现钻井参数的实时监测和数据共享。
[0013]因此钻井液的在线实时测量变得非常迫切。
[0014]本发明提供一种用于在线实时监测用的液体密度计，包括有液体进出口带有溢流管的容器、称重传感器、可编程控制器、冲洗装置、温度传感器、显示器或电脑，可编程控制器通过电缆或无线数传模块连接显示器或电脑。原理是:当液体进口流量超过出口流量时，液体会通过溢流口流出，从而容器内的体积保持一定，通过称重传感器测量重量，可编程控制器通过温度校正即可换算为密度并通过显示器显示出来。需远程监测时，可编程控制器通过无线数传模块传给电脑，密度经过电脑软件温度校正即可在电脑显示器显示出来。使用过程中需定时或密度变化较大时，用清洗装置清洗容器。见图2、图3.该发明不限于钻井液的在线实时监测，所有液体均可通过该发明进行在线实时监测。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、可以动态在线准确实时测定液体的密度。
[0016]2、压差传感器的误差比较大，有时在2%以上，而重量传感器的误差一般在0.1%以下。
【附图说明】
[0017]图1为钻井液实验室密度测定仪器:
I泥浆杯2支撑架 3游码 4电子天平图2为本发明的液体在线实时监测用的密度测定仪:
I冲洗装置2容器扶正器3液体进口 4温度传感器5容器
6溢流管 7显示器 8可编程控制器9称重传感器10液体出口图3为本发明的液体远程在线实时监测用的密度测定仪:
I冲洗装置2容器扶正器3液体进口 4温度传感器5容器
6溢流管 7数传模块 8可编程控制器9称重传感器10液体出口 11电脑
【具体实施方式】
[0018]为了更清楚的表述本发明，下面结合附图2、图3对本发明作进一步的描述。实施例:
1、在线钻井液密度的测定:
按图2所示,打开钻井液进口，当液体进口流量超过出口流量时,液体会通过溢流口流出，从而容器内的体积保持一定，通过称重传感器测量重量，密度通过可编程控制器软件经温度校正后即可在显示器显示出来。使用过程中需定时或密度变化较大时，通过可编程控制器用清洗装置清洗容器。
[0019]2、钻井液密度远程在线实时监测:
按图3所示,打开钻井液进口，当液体进口流量超过出口流量时,液体会通过溢流口流出，从而容器内的体积保持一定，通过称重传感器测量重量，电信号传给可编程控制器，可编程控制器通过无线数传模块传给电脑，密度经过电脑软件温度校正即可在电脑显示器显示出来，从而实现钻井液密度远程在线实时监测。使用过程中需定时或密度变化较大时，用清洗装置清洗容器。
[0020]以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.用于在线测量的液体密度计，其特征在于:有液体进出口带有溢流管的容器、称重传感器、可编程控制器、冲洗装置、温度传感器、显示器或电脑，可编程控制器通过电缆或无线数传模块连接显示器或电脑。2.根据权利要求1所述的有液体进出口带有溢流管的容器部分，其特征在于:有液体进出口，有溢流管，但形状不限于方形或锥形等。3.根据权利要求1所述的称重传感器部分，其特征在于:称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等，本发明不限何种形式。4.根据权利要求1所述的可编程控制器部分，其特征在于:它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，但不限于PLC、单片机等。5.根据权利要求1所述的冲洗装置部分，其特征在于:可在控制器的指令下对容器进行清洗，无论何种泵类。6.根据权利要求1所述的温度传感器部分，其特征在于:指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，无论热电阻和热电偶或其它类型。7.根据权利要求1所述的显示器或电脑部分，其特征在于:既可以使用简单的显示密度的显示器，也可以使用具有存储、运算功能的计算机。8.根据权利要求1所述的可编程控制器通过电缆或无线数传模块连接显示器或电脑部分，其特征在于:可编程控制器与显示器或电脑之间的连接，既可以用有线也可以用无线数传模块。
【专利摘要】本发明提供一种用于在线实时监测用的液体密度计，包括有液体进出口带有溢流管的容器、称重传感器、可编程控制器、冲洗装置、温度传感器、显示器或电脑，可编程控制器通过电缆或无线数传模块连接显示器或电脑。原理是：当液体进口流量超过出口流量时，液体会通过溢流口流出，从而容器内的体积保持一定，通过称重传感器测量重量，可编程控制器通过温度校正即可换算为密度并通过显示器显示出来。需远程监测时，可编程控制器通过无线数传模块传给电脑，密度经过电脑软件温度校正即可在电脑显示器显示出来。使用过程中需定时或密度变化较大时，用清洗装置清洗容器。见附图为通过无线数传模块在电脑显示密度的原理图。
【IPC分类】G01N9/04
【公开号】CN104977227
【申请号】CN201410131466
【发明人】韩晓玲, 杨超, 韩文峰
【申请人】韩文峰
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月2日