钻井液的X射线分析制造技术

本发明专利技术涉及钻井液X射线分析。用于对钻井液进行X射线测量的测量头包括具有出口(32)的内管(30)和围绕内管的外管(34)。钻井液被泵送通过出口，来刷新出口处的流体。然后停止泵。然后使用高度传感器(42)来测量在出口(32)处的钻井液的弯液面的高度。然后将包括X射线源(52)和X射线检测器(54)的X射线头(50)移动到出口上方的流体的弯液面上方的可重现位置。高度传感器(42)可以固定到可移动盖(40)、X射线头(50)或测量头的其他部分。

X ray analysis of drilling fluid

The invention relates to X ray analysis of drilling fluid. A measuring head for measuring the X ray of a drilling fluid includes an inner tube (30) with an outlet (32) and an outer tube around the inner tube (34). The drilling fluid is pumped through the outlet to refresh the fluid at the outlet. Then stop the pump. A height sensor (42) is then used to measure the height of the curved surface of the drilling fluid at the exit (32). The X ray head (50), including the X ray source (52) and the X ray detector (54), is then moved to a reproducible position above the curved surface of the fluid above the outlet. The height sensor (42) can be fixed to the movable cover (40), the X ray head (50), or other parts of the measuring head.

【技术实现步骤摘要】
钻井液的X射线分析
本专利技术涉及对于钻井液进行X射线测量的测量头以及使用这种测量头进行的X射线测量的方法。本专利技术还涉及包括这种测量头的系统。
技术介绍
目前越来越需要测量钻井液(也称为钻探泥浆(drillingmuds)或钻井泥浆(drillmuds))的成分。可能需要测量从钻头返回的流体的含量、携带沉淀物或者替代地测量发送到钻头的流体的含量。WO1993/017326中提出了使用X射线荧光分析XRF测量钻井液的方法。然而，该文件并没有提供从钻井液中获得可重现的测量结果的实验细节。重要的原因是定量X射线荧光分析是一种获得非常高度依赖于X射线源、X射线检测器和样品的准确位置和取向的数据的技术。即使源和样品之间或检测器和样品之间的距离的小的偏差也可能导致X射线荧光信号强度的显着变化。对于固体样品，将源、检测器和样品排列在非常精确得已知和可重现的位置是不太困难的。然而，仍然存在对于实现与流体样品相同的精度的需要。在US3,354,308中提出了用于测量浆料(slurry)(或液体)的X射线头。浆料通过内管泵出，内管具有终止于较大的管道中的开口端。膜关闭较大的管道，并且使用X射线源和一对X射线检测器穿过膜进行X射线测量。然而，不能控制浆料的上表面的准确位置，其可以例如随着改变浆料的组成、温度或粘度而变化，并且在一些情况下，膜可能会影响测量结果。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于钻井液的测量头，包括：具有出口的内管，该出口水平延伸，以允许静止流体在出口处保留的管中用于测量；围绕内管的外管，用于收集由内管的出口输出的材料；高度传感器，用于测量在出口处的流体的高度；和X射线头，包括X射线源和X射线检测器；其中该X射线头能够在休息位置和测量位置之间移动，其中在测量位置，X射线源和X射线检测器位于出口上方的一高度处，该高度根据由高度传感器测量的在出口处的流体的高度来确定。对于普通的浆料，如果浆料的流动停止，则浆料的固体颗粒快速地分离。因此，不可能停止浆料的流动并进行测量。然而，本专利技术人已经认识到，钻井液是通常具有触变(thixotropic)特性的高度粘稠的材料，因此具有与常规浆料不同的特性，使得可以停止钻井液的流动，以进行测量。当流体停止时，出口处将有一个弯液面。弯液面的高度可以随着钻井液的性质而略有不同。通过提供具有用于测量出口处的流体高度的高度传感器的测量头，可以精确地和可重现地将出口上方的X射线头对准到弯液面上方的精确距离处，以进行精确的测量。通过使用可移动X射线头，也可以在测量过程中将X射线源和X射线检测器靠近出口，并在流体流动期间将它们移开。因此，测量头可以提供钻井液的精确X射线测量。测量头可以包括盖，该盖能够在覆盖出口以将由出口输出的流体引导到外管中的第一位置与至少一个另外的位置之间移动。通过提供可移动盖，不需要通过封闭外管的X射线可透过膜进行测量。相反，当钻井液流过内管时，可移动盖可以覆盖出口，并且在流动停止之后，可以移除盖以进行测量。应当理解，膜必须薄并且由X射线可透过材料制成，使得使用可移动盖有助于提高可靠性的更坚固的测量头。在一种方法中，高度传感器可以是安装到盖的激光高度传感器，其中盖可以在所述第一位置、第二位置和第三位置之间移动，在第二位置处，激光高度传感器在出口上方以测量在出口处的材料的高度，在第三位置处，盖和激光高度传感器都不在出口的上方。以这种方式，可以利用在第二位置的盖精确地测量出口中的钻井液的弯液面的高度，并且该信息用于精确对准测量头。特别地，X射线头能够在盖处于第三位置处的状态下沿着垂直方向移动，使得通过使用激光高度传感器的测量结果，X射线头能够移动到出口中的材料上方具有固定高度的位置。在替代方案中，高度传感器可以安装到X射线头。盖能够在所述第一位置和其中盖与出口间隔开的第二位置之间移动。X射线头能够在盖处于第二位置处的状态下沿着垂直方向移动，使得通过使用激光高度传感器的测量结果，X射线头能够移动到出口中的材料上方具有固定高度的位置高度传感器可以是具有光源和光检测器的光束遮挡传感器，该光源将光束引导到光检测器上；其中X射线头向下移动直到入射到光检测器上的光束被打断。这种高度传感器相对便宜，但是仍然可以实现在出口中的流体上方的X射线头的高度的非常精确的再现性。高度传感器还可以包括用于捕获在出口处的流体高度的图像的照相机。另一方面，本专利技术还涉及一种测量系统，其具有如上所述的测量头，以及设置成控制X射线头和高度传感器的运动的控制装置。控制装置可以是定制控制器和/或布置成在通用计算机上运行的计算机软件的形式。另一方面，本专利技术涉及一种用于钻井液测量头的操作方法，包括：将钻井液泵送通过内管，通过出口离开并从外管中移除钻井液；停止泵送，从而在出口处留下钻井液的弯液面；使用高度传感器来测量弯液面的高度；使用所测量的高度来对准X射线头；和使用X射线头来进行X射线测量。。通过停止泵送，提供钻井液的固定弯液面。然后可以使用高度传感器来相对于静止弯液面非常精确地定位X射线头，以实现精确的X射线测量。X射线测量可以具体是X射线荧光测量。该方法还可以包括在泵送钻井液的步骤期间用可移动盖在出口上方覆盖外管；和在使用高度传感器、对准X射线头和进行X射线荧光测量的步骤之前移动可移动盖。以这种方式，可以移除停止钻井液从外管排出的所必需的盖，以使X射线头靠近并在出口处的弯液面的正上方，以进行精确测量。高度传感器可以是安装到盖的激光高度传感器，其中在泵送钻井液的步骤期间，可移动盖处于第一位置。该方法可以包括：在测量出口处的材料的高度的步骤期间，将盖移动到第二位置，在第二位置处，激光高度传感器在出口上方；和在对准X射线头以及进行X射线荧光测量的步骤期间，将盖移动到第三位置，在第三位置处，盖和激光高度传感器都不在出口的上方。该方法还可以包括在盖处于第三位置的状态下，通过使用来自激光高度传感器的测量结果将X射线头在垂直方向上移动到在出口中的材料上方的固定高度的位置。高度传感器可以安装到X射线头。使用高度传感器以及对准X射线头的步骤是通过以下方式来同时进行的：通过使用来自激光高度传感器的测量结果沿着垂直方向移动X射线头，直到X射线头到达具有在出口中的材料上方固定高度的位置。高度传感器可以是具有光源和光检测器的光束遮挡传感器，光源将光束引导到光检测器上。该方法可以包括向下移动X射线头直到入射到光检测器上的光束被打断。附图说明现在将参照附图描述本专利技术的例子，其中：图1是测量系统的示意图；图2是图1的测量系统在泵模式下的测量头的示意图；图3是图1的测量系统在高度测量模式下的测量头的示意图；图4是图1的测量系统在XRF测量模式下的测量头的示意图；图5是处于测量模式下的替代测量头的示意图；附图是示意性的并且不按比例。具体实施方式图1示出了具有用于测量钻井液(也称为钻井泥浆)的测量头(20)和控制系统(22)的测量系统(10)。由控制系统(22)控制的泵(24)被连接，以将钻井流体泵送到测量头。参考图2至图4，测量头(20)具有用于连接到泵(24)的内管(30)。内管具有出口(32)以提供钻井液的平坦表面，以用于测量。特别地，出口可以是水平出口，使得在使用中，内管中的流体可以取决于在内管中的出口处的水平弯液面，以用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻井液的测量头，包括：具有出口的内管，该出口水平延伸，以允许静止流体在出口处保留的管中用于测量；围绕内管的外管，用于收集由内管的出口输出的材料；高度传感器，用于测量在出口处的流体的高度；和X射线头，包括X射线源和X射线检测器；其中该X射线头能够在休息位置和测量位置之间移动，其中在测量位置，X射线源和X射线检测器位于出口上方的一高度处，该高度根据由高度传感器测量的在出口处的流体的高度来确定。

【技术特征摘要】
2016.05.26 EP 16171494.41.一种用于钻井液的测量头，包括：具有出口的内管，该出口水平延伸，以允许静止流体在出口处保留的管中用于测量；围绕内管的外管，用于收集由内管的出口输出的材料；高度传感器，用于测量在出口处的流体的高度；和X射线头，包括X射线源和X射线检测器；其中该X射线头能够在休息位置和测量位置之间移动，其中在测量位置，X射线源和X射线检测器位于出口上方的一高度处，该高度根据由高度传感器测量的在出口处的流体的高度来确定。2.根据权利要求1所述的测量头，还包括盖，该盖能够在覆盖出口以将由出口输出的流体引导到外管中的第一位置与至少一个另外的位置之间移动。3.根据权利要求2所述的测量头，其中高度传感器是安装到盖的激光高度传感器，其中盖可以在所述第一位置、第二位置和第三位置之间移动，在第二位置处，激光高度传感器在出口上方以测量在出口处的材料的高度，在第三位置处，盖和激光高度传感器都不在出口的上方。4.根据权利要求3所述的测量头，其中X射线头能够在盖处于第三位置处的状态下沿着垂直方向移动，使得通过使用激光高度传感器的测量结果，X射线头能够移动到出口中的材料上方具有固定高度的位置。5.根据权利要求1或2所述的测量头，其中高度传感器安装到X射线头；其中盖能够在所述第一位置和其中盖与出口间隔开的第二位置之间移动；和X射线头能够在盖处于第二位置处的状态下沿着垂直方向移动，使得通过使用激光高度传感器的测量结果，X射线头能够移动到出口中的材料上方具有固定高度的位置。6.根据权利要求5所述的测量头，其中高度传感器是具有光源和光检测器的光束遮挡传感器，该光源将光束引导到光检测器上；其中X射线头被布置成向下移动直到入射到光检测器上的光束被打断。7.根据权利要求1或2所述的测量头，其中高度传感器包括用于捕获在水平输出处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·帕尔斯，
申请(专利权)人：帕纳科有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL