钻井液粘度在线检测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种钻井液粘度在线检测装置及其方法，装置包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；第二转筒同轴设置在第一转筒外，其内壁与第一转筒的外壁之间具有第一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液；第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内的待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；测速模块，能够实时测量第一转筒的转速；控制模块，连接测速模块，包括计时单元和计算单元，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。本发明专利技术避免了因检测装置长时间测量产生疲劳损坏，实现了钻井液粘度的在线检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
钻井液粘度在线检测装置及其方法


[0001]本申请涉及钻井液检测领域，具体而言，涉及钻井液粘度在线检测的装置及其方法。

技术介绍

[0002]钻井工程领域常用的钻井液被称作钻井的“血液”。钻井液的流变性能与携岩能力、井眼清洁、井壁稳定等息息相关，及时、准确地获取钻井液综合性能参数是井筒水力学、钻柱动力学分析的前提和基础。钻井液的粘度则是流变性能中的重要参数。
[0003]目前在钻井工程领域主要采用人工取样返回实验室检测的方式，采用的是旋流法测粘度。普遍使用的范式六速粘度检测仪是一种手动检测装置。其基本原理为：将盛有待测液的浆杯放置于托盘上，待测液进入粘度计外套筒和浮子之间形成的环形空间(剪切间隙)内，当步进电机带动外套筒旋转时，套筒在待测液中受到粘滞阻力产生反作用力，该作用力会通过环形空间中的待测液对套筒中的浮子产生扭矩，而浮子与一套刻度组件相连，当该扭矩与粘滞阻力达到平衡时，刻度盘组件会稳定在某个刻度值上，由于刻度值与套筒所受的粘滞阻力成正比，因此将该刻度值乘以特定的系数就能得到最终的粘度值。每次检测结束后需要将转子、定子拆卸清洗后重新装回，每使用一段时间，需要在专业的力学检测机构对扭力弹簧进行回零点校对和线
‑
弹性校对。
[0004]这种检测方式的不足之处在于：
①
数据时效性差：实验室检测得到的数据相对工程计算严重滞后，不能为随钻参数优化提供依据；
②
依赖人工：检测结果的准确性与检测人员的技术水平密切相关；
③
需要取样检测：是一种静态检测方式，无法反应钻井液在钻井过程中的连续变化；
④
检测条件差异大：检测时的温度、压力等条件与随钻钻井液真实流动环境差异较大，不能真实反映井筒中钻井液流变性能的变化规律，导致井筒水力学、力学计算及预测精度低，不足以支撑钻井过程中关键工序的实时决策；
⑤
关键测量结构寿命短：现有粘度计探测系统采用弹簧扭力平衡结构测量粘滞力矩，如果用于在线高频率检测，粘度检测仪容易受到冲击，扭力弹簧力矩平衡机构连续使用会发生塑性变形，导致疲劳损坏，最终引起测量不准确。
[0005]其他粘度检测方法包括流道式测量方法、核磁共振成像技术测量方法、落球法、振动法。
[0006]其中，流道式测量方法基于哈根
‑
泊肃叶定律，用多段不同直径细管的串联组成变径管系统；用恒流泵和缓冲器为变径管系统提供稳定的流量，或采用直径一致的直管路系统，根据流量和细管的横截面积计算变径管系统不同直径段的流动速度，根据变径管不同直径段的流动速度和管径计算不同直径管段的速度梯度；或采用通径一致的直管，通过改变泵的排量改变流速计算速度梯度，通过压差计检测变径管不同直径段的压力损耗；根据这些压力损耗计算变径管不同直径段的切应力值；根据不同速度梯度下的切力值即可计算出被测钻井液的塑性粘度、动切力、流型指数和稠度系数等流变性参数。
[0007]该方式的特点是实现了钻井液流变性能的全自动检测，避免了偶然误差和检测错
误的发生。其缺点在于：
[0008]①
剪切速率范围小，不适用于钻井液粘度检测：该测量方法必须保证测量管内流体维持层流状态，即流线呈抛物线状，受管径、长度、管壁粗糙度等制约，维持层流状态的剪切速率变化范围很小，对于钻井液来说，这种测量方法最大剪切速率范围为(5～300s^(
‑
1))。钻井液在井筒内流速变化大，因此测量需要较大剪切速率范围下的钻井液流变性能特征目前石油石化行业相关钻井液流变性测量标准规定的剪切速率测量范围为1.022～1022s^(
‑
1)，才能准确获得钻井液流变性能。
[0009]②
需要很长的直管段，钻井现场安装受限：由于助跑距离效应，即当液体流入、流出管道时，由于流线收束或膨胀，在管道入口处的流线并非为抛物线分布，而是速度沿半径均布，因此需要一段额外的管段长度Δl，根据Boussenesp计算，Δl＝0.26RR
e
，R为管径，Re为雷诺数，从而增加了测量管段长度，造成体积增大。因钻井液含有固相颗粒，流动过程中容易发生沉淀，堵塞管道，管径就必须尽可能的大，根据上述公式，则需要更长的助跑距离，系统体积大，无法在钻井工程现场安装。
[0010]③
对钻井液进行非牛顿流体校准难度大：由于壁面滑移和表面张力的存在，圆管内流体更容易流动，使实测流量比理论计算值更大，从而导致粘度测量结果比真实值更小。由于壁滑移和表面张力理论计算考虑因素多，难以准确计算，因此采用试验手段进行校正。但钻井液体系繁多(目前已有上千种)，成分千差万别，且针对不同地层，每年都有若干不同配方的钻井液体系问世，通过试验校正难以完全穷举，使得预设修正系数或仪器系数的方法几乎不可能实现。综上，流道式测量方法不适合钻井液流变性能在线检测。
[0011]核磁共振成像技术测量方法采用核磁共振技术原理，通过图像测剪切应力，根据流量、温度、压力的检测结果，通过大量数据进行回归分析，建立粘度与上述检测结果之间的数学关系，通过计算得到流体粘度值。该方法剪切速率不能连续变化，且不能测量含油液体的粘度，是一种近似测量方法。钻井液内含油量通常在1％～70％范围内，因此不适用于钻井液流变性能的定量测量。
[0012]落球、振动等流变性测量方法目前能实现流变性的自动化测量，并且已有成熟产品，其局限性在于：无论是落球法、还是振动法，只能测量静态条件下的液体粘度，不能改变流体的剪切速率，适合牛顿流体的粘度测量。而石油工业上使用的钻井液属于非牛顿液体，需要在较大剪切速率范围内获得其流变特征，准确计算粘度及井筒水力学参数。因此，落球法、振动法均不适合钻井液流变性能在线检测。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于解决钻井液粘度测量中流管法及其他粘度测量方式不能测量大剪切速率范围内粘度的问题；本专利技术的目的之二在于解决传统旋流法进行钻井液粘度测量力矩平衡机构疲劳损坏导致测量不准确的问题；本专利技术的目的之三在于解决钻井液粘度测量的现有技术不能实现在线检测的问题。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种钻井液粘度在线检测的装置，包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；
[0015]第二转筒同轴设置在所述第一转筒外，其内壁与所述第一转筒的外壁之间具有第
一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液，第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；
[0016]测速模块能够实时测量所述第一转筒的转速；
[0017]控制模块连接测速模块，包括计时单元和计算单元，其中，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。
[0018]可选择地，所述第二转筒的内壁直径与所述第一转筒的外壁直径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述装置包括：第一转筒、第二转筒、测速模块和控制模块；第二转筒同轴设置在所述第一转筒外，其内壁与所述第一转筒的外壁之间具有第一间隙，第一间隙用于容纳待测钻井液，第二转筒能够以预设转速绕轴心转动，并通过第一间隙内待测钻井液带动第一转筒绕轴心转动，以使第一转筒稳定在第一转速；测速模块能够实时测量所述第一转筒的转速；控制模块连接测速模块，包括计时单元和计算单元，其中，计时单元能够获取第一转筒加速到第一转速的加速时间，计算单元能够根据预设转速、加速时间和第一转速计算出待测钻井液的粘度。2.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述第二转筒的内壁直径与所述第一转筒的外壁直径的比值范围为1.01～1.08。3.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述装置还包括制动模块，用于在所述第二转筒达到所述预设转速前阻止所述第一转筒转动，在所述第二转筒达到所述预设转速时解除阻止。4.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括转轴，所述转轴的一端与所述第一转筒连接，使得所述第一转筒可以与所述转轴同速转动。5.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括驱动模块，驱动模块与所述第二转筒和所述控制模块连接，其能够接收所述控制模块发出的驱动指令，依据所述驱动指令驱动所述第二转筒以所述预设转速绕轴心转动。6.根据权利要求1所述的钻井液粘度在线检测的装置，其特征在于，所述检测装置还包括转筒座和驱动模块，所述第二转筒安装于所述转筒座；所述驱动模块包括电机和传动机构，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢齐，庞东晓，陶怀志，景岷嘉，王兰，李枝林，邓虎，聂秋露，李伟成，韩雄，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：