一种井底泥浆动切力测量仪及测量方法技术

一种井底泥浆动切力测量仪，包括测量短节、监测单元和上位机，测量短节由主筒、耐压轴承、预紧弹簧、转子、密封腔、密封盖板组成；监测单元安装在主筒的密封腔内、由密封盖板覆盖密封；上位机通过VISA接口与监测单元通信连接；测量仪测量泥浆压力的方法是将测量短节安装在钻杆连接处，随钻杆下放到要测量的孔底位置，当进行井底泥浆动切力检测时，停止泵送泥浆，将钻杆略微提升，按照固定转速旋转，转子受泥浆动切力作用旋转，测量主筒和转子的相对速度，监测单元记录数据并保存，提钻后打开取下测量短节，打开密封腔获取监测单元的数据上传至上位机，上位机回放显示。本发明专利技术通过直接测量泥浆动切力数据的变化，及时调整泥浆配比，优化泥浆现场。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种井底泥浆动切力测量仪，包括测量短节、监测单元和上位机，测量短节由主筒、耐压轴承、预紧弹簧、转子、密封腔、密封盖板组成；监测单元安装在主筒的密封腔内、由密封盖板覆盖密封；上位机通过VISA接口与监测单元通信连接；测量仪测量泥浆压力的方法是将测量短节安装在钻杆连接处，随钻杆下放到要测量的孔底位置，当进行井底泥浆动切力检测时，停止泵送泥浆，将钻杆略微提升，按照固定转速旋转，转子受泥浆动切力作用旋转，测量主筒和转子的相对速度，监测单元记录数据并保存，提钻后打开取下测量短节，打开密封腔获取监测单元的数据上传至上位机，上位机回放显示。本专利技术通过直接测量泥浆动切力数据的变化，及时调整泥浆配比，优化泥浆现场。【专利说明】
本专利技术涉及采集和存储井底靠近钻头处泥浆动切力变化数据以便及时调整泥浆配方的仪器，具体涉及。
技术介绍
地质钻探涉及国民建设的各行各业，在地质勘探、油气开发、建筑基础等方面，只有进行可靠的地质资料整理，才能为后期开发施工提供帮助，随着资源的匮乏，钻井深度也在不断增加，钻井安全问题更加突出。深度的增加导致泥浆压力，泥浆温度等发生巨大变化，泥浆的性能也会发生变化，变性的泥浆导致地层的稳定性收到影响，极易诱发钻孔坍塌、钻杆抱紧、烧钻等问题的出现，造成钻井事故和财产损失。通过及时监测井底深处泥浆动切力的变化，可以得到泥浆悬渣，可泵性等指标。这样就能及时对泥浆配方进行修正，添加合适的处理剂保证泥浆性能的稳定，保证钻孔的安全。目前常用的泥浆流变性能检测设备往往局限于实验室环境下，在实际钻孔过程中随着地层的千差万别，泥浆性能变化也不可预测，传统实验室配方无法满足现场调配的需要，往往不能解决现场钻进过程中出现的随机问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有泥浆流变性能检测设备存在的上述不足，提供，通过直接测量位于井底钻头附近的泥浆动切力数据的变化，及时调整泥浆配比，进而实现对泥浆的现场优化，并提供了更直接的参考数据。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种井底泥浆动切力测量仪，包括测量短节、监测单元和上位机，所述测量短节由主筒、耐压轴承、预紧弹簧、转子、密封腔、密封盖板组成，主筒的上下两端分别设有管螺纹，上端的管螺纹为内螺纹，下端的管螺纹为外螺纹；转子设置在主筒内部的中轴线上、转子通过耐压轴承与主筒同轴定位，转子外侧镶嵌有磁性材料、磁性材料等间隔均布分布；耐压轴承的端面通过垫片过渡设置有预紧弹簧，预紧弹簧的下端部设置有用于调整其松紧的螺帽，预紧弹簧用于给转子施加一定的摩擦力；主筒内部设有用于泥浆通过的水道；密封腔设置在主筒中部的外侧，密封盖板密封覆盖在密封腔的外部、防止浆液进入其中，密封盖板上安装密封垫、涂抹密封胶之后由螺栓固定在主筒上；所述监测单元安装在主筒的密封腔内、由密封盖板覆盖密封；监测单元由电源供给电路、转速测量传感器、微型处理器、数据采集电路、数据存储电路、数据操作电路组成:所述电源供给电路采用LM1117-5.0V和LM1117-3.3V芯片，为系统提供稳定的+5.0V电源，+3.3V电源，OV的稳定电源电压；所述转速测量传感器固定安装在密封腔内部的螺纹上；所述微型处理器采用STC89C516RD+芯片，STC89C516RD+芯片通过ALE、P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.7、PO端口与数据采集电路连接，通过P3.0、P3.1端口与数据操作电路连接，通过P1.0，Pl.1，PL 2，PL 3，P1.4端口与数据存储电路连接；所述数据采集电路采用ADS8365芯片，ADS8365芯片通过CHAl+和CHAl-端口与转速测量传感器连接，ADS8365芯片将采集的模拟信号转换为数字信号，并行方式传送给微型处理器；所述数据存储电路采用SD卡，SD卡的脚1、脚2、脚3、脚5、脚7、脚8分别通过电阻R6、R5、R4、R3、R2、R1连接至Ij+3.3V电源，同时SD卡的脚4直接连接+3.3V电源，脚6直接接电源地；所述数据操作电路采用MAX232芯片，MAX232芯片的脚9和脚10连接微型处理器，脚16接+5.0V电源；所述上位机通过VISA接口与监测单元通信连接，上位机包括识别连接模块、信号连接指示灯、参数显示模块、数据上传模块、数据删除模块、数据保存模块、保存路径模块、错误报警模块，下载进度模块，指令监视模块，曲线显示模块；所述识别连接模块与监测单元连接、用于选择端口和参数；信号连接指示灯用于显示上位机与监测单元是否连接；参数显示模块用于显示串口连接参数；数据上传模块用于发送指令使得测量仪上传数据至上位机；数据删除模块用于发送指令使得测量仪删除数据；数据保存模块用于保存上位机缓存中的数据；保存路径模块用于选择数据保存的路径和名称；错误报警模块用于显示测量仪上传数据是否乱码；下载进度模块用于显示测量仪上传到上位机数据的进度；指令监视模块用于显示发送的指令和测量仪回传的应答指令；曲线显示模块用于显示测量仪上传到上位机数据的变化图形曲线。按上述方案，所述转子为圆柱形光滑转筒。所述测量短节由上端的内螺纹与上方钻杆连接、下端的外螺纹和下方钻杆连接，内螺纹、外螺纹均为标准钻杆管螺纹，主筒内部有泥浆通过的通道，保证泥浆的流动，转子通过单端耐压轴承进行定位，转子表面镶嵌的磁性材料将转子沿着轴向分成等间隔扇形，预紧弹簧为转子提供一定的摩擦力，以保证在空转时转子和主筒的相对速度差为零，在遇到液体动切力时产生相对速度，主筒内壁和转子外壁都是圆柱形光滑面，密封腔开口朝外，不穿透钻杆，密封腔内部设有用于固定转速测量传感器的螺纹，密封盖板成圆弧形，覆盖在主筒外侧，保护密封舱不被泥浆侵入。所述监测单元的电源供给电路为系统提供稳定的电压支持，包括+5.0V, +3.3V ；转速测量传感器用于测量转子和主筒的相对速度差；微型处理器提供运算和操作；数据采集电路用于采集转速测量传感器测得的信号，转换为数字量；数据存储电路用于存储转速测量传感器采集到的数据，打包保存到SD卡上；数据操作电路为微型处理器和计算机提供数据连接，保证微型处理器和计算机的双向通信。本专利技术还提供一种利用上述井底泥浆动切力测量仪测量泥浆压力的方法，具体包括如下步骤:(I)钻机在使用过程中发现返浆性能不合适，钻进扭矩等参数异常，将钻杆提起，选择离孔底钻头合适的位置，将测量短节安装在上下钻杆之间，将监测单元安装在主筒的密封腔内，打开监测单元上的启动开关，计时开始，将密封垫安装在槽内，再安装上密封盖板，保证密封可靠的情况下，将钻杆依次放入孔内，测量仪在计时开始2个小时之后自动采集数据保存，之后不会停止工作；(2)当需要测量泥浆动切力的时候，停止钻进，停止泵送泥浆，将钻杆提起使其悬空;(3)启动钻机，按照固定的转速保证钻杆匀速转动；(4)内部的监测单元通过采集转子和主筒的转速差，记录泥浆的动切力变化，采集到的数据通过微型处理器打包成固定格式存储在SD卡上，不断更新内部的数据；(5)需要查看数据时，将钻杆提起，取出测量短节，取下密封盖板，取下监测单元，将监测单元通过数据线和电脑连接，上位机通过数据上传模块显示数据变化曲线和泥浆动切力变化曲线，通过数据保存模块保存数据，通过选择数据删除模块擦除内部数据、以便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井底泥浆动切力测量仪，其特征在于：包括测量短节、监测单元和上位机，所述测量短节由主筒、耐压轴承、预紧弹簧、转子、密封腔、密封盖板组成，主筒的上下两端分别设有管螺纹，上端的管螺纹为内螺纹，下端的管螺纹为外螺纹；转子设置在主筒内部的中轴线上、转子通过耐压轴承与主筒同轴定位，转子外侧镶嵌有磁性材料、磁性材料等间隔均布分布；耐压轴承的端面通过垫片过渡设置有预紧弹簧，预紧弹簧的下端部设置有用于调整其松紧的螺帽，预紧弹簧用于给转子施加一定的摩擦力；主筒内部设有用于泥浆通过的水道；密封腔设置在主筒中部的外侧，密封盖板密封覆盖在密封腔的外部、防止浆液进入其中，密封盖板上安装密封垫、涂抹密封胶之后由螺栓固定在主筒上；所述监测单元安装在主筒的密封腔内、由密封盖板覆盖密封；监测单元由电源供给电路、转速测量传感器、微型处理器、数据采集电路、数据存储电路、数据操作电路组成：所述电源供给电路采用LM1117‑5.0V和LM1117‑3.3V芯片，为系统提供稳定的+5.0V电源，+3.3V电源，0V的稳定电源电压；所述转速测量传感器固定安装在密封腔内部的螺纹上；所述微型处理器采用STC89C516RD+芯片，STC89C516RD+芯片通过ALE、P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.7、P0端口与数据采集电路连接，通过P3.0、P3.1端口与数据操作电路连接，通过P1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4端口与数据存储电路连接；所述数据采集电路采用ADS8365芯片，ADS8365芯片通过CHA1+和CHA1‑端口与转速测量传感器连接，ADS8365芯片将采集的模拟信号转换为数字信号，并行方式传送给微型处理器；所述数据存储电路采用SD卡，SD卡的脚1、脚2、脚3、脚5、脚7、脚8分别通过电阻R6、R5、R4、R3、R2、R1连接到+3.3V电源，同时SD卡的脚4直接连接+3.3V电源，脚6直接接电源地；所述数据操作电路采用MAX232芯片，MAX232芯片的脚9和脚10连接微型处理器，脚16接+5.0V电源；所述上位机通过VISA接口与监测单元通信连接，上位机包括识别连接模块、信号连接指示灯、参数显示模块、数据上传模块、数据删除模块、数据保存模块、保存路径模块、错误报警模块，下载进度模块，指令监视模块，曲线显示模块；所述识别连接模块与监测单元连接、用于选择端口和参数；信号连接指示灯用于显示上位机与监测单元是否连接；参数显示模块用于显示串口连接参数；数据上传模块用于发送指令使得测量仪上传数据至上位机；数据删除模块用于发送指令使得测量仪删除数据；数据保存模块用于保存上位机缓存中的数据；保存路径模块用于选择数据保存的路径和名称；错误报警模块用于显示测量仪上传数据是否乱码；下载进度模块用于显示测量仪上传到上位机数据的进度；指令监视模块用于显示发送的指令和测量仪回传的应答指令；曲线显示模块用于显示测量仪上传到上位机数据的变化图形曲线。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，乌效鸣，吴川，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42