基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，包括防辐射仪器柜，在防辐射仪器柜内的一侧设置X射线发射机，另一侧设置高分辨率的X射线摄像头以及X射线控制器，在X射线发射机与X射线摄像头之间设有泥浆夹持器，在泥浆夹持器与X射线摄像头之间设有荧光纸屏幕，在泥浆夹持器一侧设有落球控制系统，其以不阻挡X射线为安装原则；所述泥浆夹持器包括不影响X射线穿透的壳体，在壳体内部靠上位置设有楔形斜面，在壳体下端设有活塞，活塞下端连接有加压设备，在壳体外侧包裹有加热套，加热套与加压设备均连接有控制系统。本实用新型专利技术解决现有技术中小球下落过程监测困难、密度测试麻烦、无法测试泥浆沉降后的密度和粘度的问题。
【技术实现步骤摘要】
基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置
本技术属于流体粘度密度测量领域，具体涉及一种基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置。
技术介绍
泥浆的流变性及沉降稳定性对钻井安全、顺利钻进及固井安全有着重要影响，因此实验室有必要对泥浆高温高压沉降后的粘度及密度进行测定，以便充分评价泥浆性能。粘度是衡量泥浆流变学性能的一项重要指标，目前测定流体粘度方法有许多，相应的仪器更是数不胜数，应用最广泛的主要有旋转法、毛细管法、落体法以及振动法等几种，其中以落球法来测定流体粘度最为普遍。落球法粘度计的基本原理是将一个球体放入流体中，在重力与浮力的共同作用下有向下的加速度，随着速度的增加，球体受到流体的粘滞阻力也增加，逐渐接近使球体下落的力，当受力达到平衡时，球体以一恒定速度下落；因此可根据球体匀速下落时的速度采用斯托克斯定律推导出流体的粘度。综上所述，落球法测定粘度的关键在于如何准确监测落球在流体中下落的位置及下落相应位置所需时间，特别是针对泥浆这种不透明的非牛顿流体。目前监测落球下落位置的主要方法有目视手动测量、光电传感器测量、激光束测量、普通照相法测量、超声波多普勒频移测量、力敏传感器测量等。由于超声波粘度计的测量方式是扫描速梯测量方式，不能测量钻井泥浆及一切非牛顿流体；而传统落球法粘度计因透光受限且测速不准，如目视手动测量、激光束测量和普通照相法测量；激光束测量需保证激光线与小球轨迹相交，该过程需要进行大量重复实验才可能获取理想实验结果，操作过程繁琐复杂，工作效率低，数据准确性差；CN107421852A公开的一种落球法粘滞系数测定仪采用激光面阵光束进行测量，以解决传统激光束捕捉小球下落轨迹困难、准确性低且效率低的问题，但是当测量例如泥浆这类不透明且含有固相颗粒的流体时，该测定仪激光束无法穿透流体，因此无法捕捉小球下落轨迹。CN205670108U公布的一种高温高压重力感应式落球法液体粘度测试仪，该测试仪采用U型通电螺线管吸附小球达到释放小球并精准计时的目的，并采用力敏传感器对落球下落到样品筒端面的重力进行探测，采用电子计时的方法来测定到达上下两端面的时间，该测试仪测试过程中需上下翻转样品筒来实现小球的安放，因此无法测试泥浆沉降后的密度和粘度。此外，现有落球法测量流体粘度的技术方案中，均需要在实验结束后将流体取出并对其密度进行测定。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，解决现有技术中小球下落过程监测困难、密度测试麻烦、无法测试泥浆沉降后的密度和粘度的问题。本技术采取的技术方案是：基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，包括防辐射仪器柜，在防辐射仪器柜内的一侧设置X射线发射机，另一侧设置高分辨率的X射线摄像头以及X射线控制器，该X射线控制器分别与X射线发射机和X射线摄像头相连，在X射线发射机与X射线摄像头之间设有泥浆夹持器，在泥浆夹持器与X射线摄像头之间设有荧光纸屏幕，在泥浆夹持器一侧设有落球控制系统，该落球控制系统的安装位置以不阻挡X射线为原则；所述泥浆夹持器包括不影响X射线穿透的壳体，在壳体内部靠上位置设有楔形斜面，在壳体下端设有活塞，活塞下端连接有加压设备，在壳体外侧包裹有加热套，加热套与加压设备均连接有控制系统。进一步的，在X射线发射机背面设有散热风扇，在X射线发射机前侧以及X射线摄像头前侧分别设置带有圆孔的射线防护板。进一步的，所述落球控制系统包括升降机以及与升降机相连的磁铁。进一步的，所述泥浆夹持器上端穿过防辐射仪器柜，以方便泥浆的装载以及与外围设备的连接。本技术的有益效果：本技术利用X射线和高分辨X射线摄像头监测落球在泥浆中的下落过程，通过图片处理分析可获得沉降后的泥浆密度和泥浆粘度，并采用磁铁吸附落球使其回到样品筒上端，在不破坏沉降泥浆基础上实现重复测试的目的。该装置可在高温(可高达200℃)高压(可高达100MPa)下实时测量不透明流体的粘度和密度，密度测量不用取出流体进行测量，克服了现有技术中高温高压情况下落球释放、落球位置监测、重复测量的难题。附图说明图1为本技术装置主视图；图2为本技术装置俯视图；图3为泥浆夹持器与落球控制系统位置关系图；图中：1、防辐射仪器柜，2、散热风扇，3、X射线发射机，4、射线防护板，5、泥浆夹持器，6、荧光纸屏幕，7、X射线摄像头，8、X射线控制器，9、落球控制系统，10、升降机，11、磁铁，12、楔形斜面，13、金属小球，14、加热套，15、活塞。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术的内容作进一步的详细描述，如图1～3所示。基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，包括防辐射仪器柜1，在防辐射仪器柜1内的一侧设置散热风扇2和X射线发射机3，散热风扇2位于X射线发射机3的背面，在X射线发射机3前侧设置带有圆孔的射线防护板4；在防辐射仪器柜1内的另一侧设置高分辨率的X射线摄像头7以及X射线控制器8，在X射线摄像头7的前侧同样设有带有圆孔的射线防护板4，所述X射线控制器8分别与X射线发射机3和X射线摄像头7相连，在X射线发射机3与X射线摄像头7之间设有泥浆夹持器5，在泥浆夹持器5与X射线摄像头7之间设有荧光纸屏幕6，X射线发射机发出的射线通过圆孔作用在泥浆夹持器上，X射线摄像头通过圆孔拍摄X射线穿透泥浆夹持器在荧光纸屏幕上的显影，并通过数据线将拍摄的影像传送至外围电脑；在泥浆夹持器5一侧设有落球控制系统9，该落球控制系统9的安装位置以不阻挡X射线为原则；所述落球控制系统9包括升降机10以及与升降机相连的磁铁11，磁铁靠近泥浆夹持器，随着升降机向上移动时，可将下落到泥浆夹持器底部的金属小球吸住并携带到泥浆夹持器上端的楔形斜面下侧，方便泥浆粘度的重复测量。所述泥浆夹持器5包括不影响X射线穿透的壳体，该壳体由铝合金外壳及聚四氟乙烯内衬构成，在壳体内部靠上位置设有楔形斜面12，楔形斜面用于控制小球下落时处于泥浆夹持器的中间，不触碰壳体，在壳体下端设有活塞15，活塞采用聚四氟乙烯材料制成，防止泥浆造成活塞的腐蚀，活塞15下端连接有加压设备，在壳体外侧包裹有加热套14，加热套与加压设备均与控制系统相连，控制系统用于控制加热套对泥浆夹持器5加热以及加压设备为泥浆夹持器加压；所述泥浆夹持器5上端穿过防辐射仪器柜1，以方便泥浆的装载以及与外围设备的连接。在防辐射仪器柜1外侧还设有仪器柜面板，该面板上安装有控制系统及控制开关，用于整个设备的电源控制、温度控制及升降机控制。本技术装置测试泥浆粘度及密度的原理及具体实施方法如下：泥浆密度测定原理为：当泥浆充分老化沉降后，泥浆会出现分层现象，X射线照射并穿透泥浆夹持器后在荧光纸屏幕上会出现不同亮度的显影，该显影亮度与泥浆密度有关，通过不同已知密度流体经X射线照射后的显影进行标定，可得到不同亮度的显影与密度的关系，进而可通过高分辨率X射线摄像头拍摄得到的图像分析泥浆夹持器中不同位置的泥浆密度ρ。X射线落球法测量流体粘度的原理为：金属小球13在泥浆中下落时受到三个作用力：自身重力mg＝ρ0gV，泥浆对小球的浮力F浮＝ρgV，下落过程泥浆对小球的粘滞力故小球在泥浆中下落过程所受到的合力F为：F＝mg-F浮-f粘(1)由本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，其特征在于，包括防辐射仪器柜(1)，在防辐射仪器柜(1)内的一侧设置X射线发射机(3)，另一侧设置高分辨率的X射线摄像头(7)以及X射线控制器(8)，该X射线控制器(8)分别与X射线发射机(3)和X射线摄像头(7)相连，在X射线发射机(3)与X射线摄像头(7)之间设有泥浆夹持器(5)，在泥浆夹持器(5)与X射线摄像头(7)之间设有荧光纸屏幕(6)，在泥浆夹持器(5)一侧设有落球控制系统(9)，该落球控制系统(9)的安装位置以不阻挡X射线为原则；所述泥浆夹持器(5)包括不影响X射线穿透的壳体，在壳体内部靠上位置设有楔形斜面(12)，在壳体下端设有活塞(15)，活塞(15)下端连接有加压设备，在壳体外侧包裹有加热套(14)，加热套与加压设备均连接有控制系统。
【技术特征摘要】
1.基于X射线落球法测量高温高压泥浆粘度及密度的装置，其特征在于，包括防辐射仪器柜(1)，在防辐射仪器柜(1)内的一侧设置X射线发射机(3)，另一侧设置高分辨率的X射线摄像头(7)以及X射线控制器(8)，该X射线控制器(8)分别与X射线发射机(3)和X射线摄像头(7)相连，在X射线发射机(3)与X射线摄像头(7)之间设有泥浆夹持器(5)，在泥浆夹持器(5)与X射线摄像头(7)之间设有荧光纸屏幕(6)，在泥浆夹持器(5)一侧设有落球控制系统(9)，该落球控制系统(9)的安装位置以不阻挡X射线为原则；所述泥浆夹持器(5)包括不影响X射线穿透的壳体，在壳体内部靠上位置设有楔形斜面(12)，在壳体下端设有活塞(15)，活塞(15...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈一健，陈星宇，张伦平，许秀彬，涂超凡，王柯景，
申请(专利权)人：成都皓瀚完井岩电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51
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