具有取料功能的高精度石油粘度在线双侧仪的制作方法

文档序号:9042231阅读:413来源:国知局
具有取料功能的高精度石油粘度在线双侧仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及石油钻井监测领域,具体涉及一种具有取料功能的高精度石油粘 度在线双侧仪。
【背景技术】
[0002] 在钻井的时候,一旦探到油层之后,需要对油层的粘度进行检测,一确定该油层的 石油是否适合开采。而目前大多数钻井后,对于石油粘度的检测都是现场曲阳之后,运送到 实验室进行检测,该种方式不仅效率较低,延长了钻井时间,增加了劳动强度。所W在钻井 同时进行在线测量石油粘度是发展方向。
[0003]国外在石油粘度在线测量方面起步较早,但关于成熟技术的相关资料较少,主要 是由于该类技术关系国家命脉,因此存在技术封锁。据可查阅资料表明,主要有W下研究成 果:
[0004] 美国Cambridge研究院研制的CAS型在线粘度计,采用不镑钢活塞A,在小型测量 腔内的被测液体(<2mL)中,被电磁力驱动而进行直线式往复运动,搭配专用电路系统及液 体温度监测模块,基于电磁感应效应获取活塞A的前后运行时间,实现对粘度的测量,精度 最高可达到±1%。该方法具有低成本、小型化、精度高等优点,但在测量不同量程时需更换 特定尺寸活塞A,而每种活塞A可测量程较小,不适用于粘度范围较大的井下石油;并且,为 了保证活塞A正常往复运动,要求颗粒物直径最大不得超过25ym,而石油内颗粒物普遍大 于100ym;此外,测头与仪器箱采用4. 57m标准线缆连接,无法实现井下长距离传输;同时, 要求使用特制溶液对测头进行浸泡及清洗维护,否则会发生粘胶。由此可见,对于石油在线 测量,CAS型在线粘度计尚不具备应用条件。
[0005] 德国Marimex研究院提出了一种扭矩微振式(简称;扭振式)粘度测量方法,并已 形成系列产品。该方法采用强制振动式测量原理,由电磁线圈驱动永磁梁产生一定频率的 扭转式振动,通过传动轴将振动传递至与油液相接触的传感测头,由于传感测头在不同粘 度液体下的粘性损耗不同,会对其振幅产生影响,为使测头维持恒定的振幅,则需对电磁线 圈驱动力加W控制。此时,所补充的电参量与液体粘度之间产生了对应关系,通过建立数学 模型,则可准确计算液体粘度值。该方法具有结构简单,隔离性好,易于维护等特点,而且可 实现较大的量程,在一些工业现场中已有实际应用。然而,该方法对于井下石油在线测量仍 存在不足。首先,传感测头内安装的用于测量振幅的传感器仍为电类元件,在loocw上的 环境温度下无法正常工作,且在伴有电磁干扰环境下,W及井下长距离通讯时,对电类信号 的影响也较为严重;另外,由于本身采用了振动式测量原理,因此外部机械装置巧日柱塞粟) 产生的振动对其测量同样会产生较大影响,严重时甚至无法获得测量数据。总之,现有的扭 振式测量原理及产品在现场恶劣环境下应用仍然存在诸多问题。
[0006]国内方面,早期的研究成果大多着重于井下油液粘度数值模拟及估计,如Sun将 基于模糊C均值聚类算法的多模型建模方法与径向基函数神经网络相结合,建立了橡胶混 炼过程控制中的粘度软测量模型,取得了较好的效果,但该方法需要大量样本数据进行网 络训练,对加权系数和模糊隶属度函数的选取也具有一定的主观性;化en采用支持向量机 方法建立了聚醋粘度的增量软测量模型,并进一步研究了支持向量机的容许误差,W及核 函数对其建模的影响,但由于支持向量机同样是一种基于样本的学习方法,因此训练样本 与核函数的选择对测量精度影响较大。
[0007] 近年来,关于粘度测量的研究逐渐向着实用化领域发展,如Du提出的基于超声波 传感原理的粘度测量仪,可在固体状态下测量粘度,简化了粘度测量过程,具有体积小、质 量轻和测量迅速等特点,已成功运行在聚醋切片检验中,但受超声波盲区影响,该方法在特 定量程范围内精度不高,且对超声波传感器的安装精度要求较高,外界机械振动对其影响 较大,在石油现场测量效果还有待商権;由深圳先波科技研制的在线液体粘度仪,实现了润 滑油粘度的在线动态监测,分辨率可达0. 5cP,响应时间小于2砂,但由于该设备采用压电 传感器作为敏感器件,对驱动电源要求较高,且仅适用于常压下的低粘度液体(<500cp),无 法满足现场石油的测量需求。
[0008] 但实际在线测量石油粘度的过程中,还会遇到多种问题,其中最主要的一个就是 温度的影响,石油的粘度会随着温度的改变而改变;另外一个就是油层中的石油中含有微 粒,在钻井的时候还会降±层中的杂质带入油层,该些微粒和杂质会对石油粘度的测量精 确度造成影响。

【发明内容】

[0009] 本实用新型的目的在于;克服现有技术的不足,提供一种具有取料功能的高精度 石油粘度在线双侧仪,通过将扭矩微振式粘度计和旋转粘度计设于钻头的传动杆内,便于 工作人员在钻井探井的同时,可W直接测得地下油层中油的粘性,由此可W直接判断该油 层的石油是否适合开采,如果判断适合开采,则通过取油活塞进行取样,降低了工作人员的 劳动强度,提高了生产效率;钻头进入油层后继续向下钻一段时间,石油起到了冷却钻头的 作用,并且扭矩微振式粘度计与温度较高的钻头有一段距离,所测量的石油受钻头温度影 响较小,通过测头底部的温度传感器W及控温层的作用,使所测是有的温度在规定范围内, 保证测量效果的精确性;
[0010] 通过光纤布拉格光栅进行测振,不仅可W避免出现传统扭振式粘度计采用的电类 传感器作为振动敏感器件,在石油采集现场会受到电磁干扰、高温高压等因素影响,无法保 证测量精度的现象,而且通过光纤布拉格光栅的作用,对控制器进行反馈,使控制器提供驱 动线圈补偿电流,W使测头的摆动幅度在测量石油粘性期间可W维持不变;
[0011] 通过滤网的作用,将石油中的微粒杂质进行过滤,保证进入油槽内的石油纯度较 高,防止微粒在测量时由于测头的摆动而与测头接触或摩擦,避免微粒与测头的接触或摩 擦对石油粘度的测量造成影响;也避免微粒长时间摩擦测头,导致测头使用寿命降低,甚至 直接损坏;通过滤网的作用,还能降低或消除取样的石油中的微粒杂质;
[0012] 通过护板和连接板的作用形成油槽,使得测头所测量的石油在相对稳定的环境 内,提高了测量精确度;
[0013] 在钻井过程中,通过护板的作用,防止±层中的杂质对扭矩微振式粘度计造成损 坏;
[0014] 旋转粘度计不使用的时候,旋转粘度计的叶片组成腔壁,在钻头进行钻井的时候 对旋转粘度计起保护作用;当旋转粘度计使用的时候,由于力矩的原理,叶片可w放大石油 粘度对旋转粘度计的阻力,提高了测量的精度;
[0015] 在钻井过程中,通过压力传感器的作用,实时监测钻头所受的压力,并根据压力值 判断钻井状态。
[0016] 本实用新型所采取的技术方案是:
[0017] 具有取料功能的高精度石油粘度在线双侧仪,包括传动杆,所述传动杆的底端连 接有钻头,传动杆的另一端与钻井驱动装置传动连接,所述钻头通过过渡杆与传动杆连接, 所述传动杆从下向上依次设有空腔A和空腔B,所述空腔A设于传动杆的底部,所述空腔A 的上部与外界连通,空腔A的底板上表面设有温控层,所述空腔A的内壁上位于与外接连通 处设有滤网,空腔A内设有扭矩微振式粘度计,所述空腔B内设有旋转粘度计,所述过渡杆 的底部与钻头顶部固定,所述过渡杆的侧壁上设有取油孔,所述过渡杆内设有与取油孔连 通的取油活塞,过渡杆与传动杆通过活塞A活动连接,所述活塞A固定于过渡杆,活塞A的 活塞杆A端部与空腔A的底板固定,所述过渡杆的顶部边沿向上设有护板,所述传动杆、扭 矩微振式粘度计、旋转粘度计和取油活塞分别通过控制器控制。
[0018] 本实用新型进一步改进方案是,所述扭矩微振式粘度计包括固定参考轴,所述固 定参考轴从上至下依次套置有息梁、驱动杆、从动套和测头,所述固定参考轴的顶部固定于 传动杆内,底部伸入测头内;所述息梁、驱动杆、从动套和测头均与固定参考轴转动连接, 息梁和测头的上下方向分别通过固定参考轴限位,所述息梁与驱动杆的顶部固定,所述从 动套的底部与测头固定,所述驱动杆与从动套转动连接,所述息梁设于传动杆的空腔B内, 所述空腔B内设有息梁驱动装置,所述固定参考轴底部通过等强度息臂梁与测头的内壁连 接,所述等强度息臂梁上设有光纤布拉格光栅。
[0019] 本实用新型更进一步改进方案是,所述息梁驱动装置包括设于息梁两侧端部位置 处的磁极片,还包括固定于空腔B内壁、对应于磁极片位置处的驱动线圈。
[0020] 本实用新型更进一步改进方案是,所述等强度息臂梁水平设置,所述等强度息臂 梁较宽的一端与固定参考轴固定,等强度息臂梁较窄的一端与测头内侧壁固定。
[0021] 本实用新型更进一步改进方案是,所述固定参考轴与息梁之间、固定参考轴与驱 动杆、固定
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