本發(fā)明涉及一種測(cè)量泥漿密度的裝置，屬于采油鉆井技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在石油開采的鉆井工作中，鉆井的不同階段和不同的井下情況使用不同密度的泥漿。鉆井過(guò)程中，在泥漿泵的驅(qū)動(dòng)下，泥漿池注入井下的和由井下返回的泥漿形成循環(huán)，泥漿池中的液體是流動(dòng)的。與鉆井相伴的錄井工作通過(guò)對(duì)井下返回的泥漿密度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以判斷井下是否出現(xiàn)出水、“井涌”或由于地下“空穴”而引起“井漏”現(xiàn)象。以往采用壓差法測(cè)量泥漿密度時(shí)，傳感器必須浸沒(méi)在泥漿池中，由于泥漿沉積，會(huì)使傳感器受損，若長(zhǎng)期使用后，將會(huì)造成泥漿密度測(cè)量精度的降低。因此，如何解決由于淤泥致使泥漿密度測(cè)量精度下降的問(wèn)題，是鉆井、錄井等行業(yè)企盼新的設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種測(cè)量泥漿密度的裝置。該裝置中的拉力傳感器及測(cè)量變送單元均位于泥漿表面的上方，不易被泥漿堵塞，確保了拉力傳感器不會(huì)受損；另外，測(cè)量浮子工作時(shí)，浸沒(méi)在待測(cè)泥漿中，由于測(cè)量浮子外形制成紡錘形，不僅降低了測(cè)量浮子表面沉積淤泥的可能性，而且還可以借助泥漿自身的循環(huán)流動(dòng)沖刷掉沉積在測(cè)量浮子上表面的淤泥，解決了由于淤泥導(dǎo)致的泥漿密度測(cè)量精度下降的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決己有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種測(cè)量泥漿密度的裝置，包括底座、圓盤、圓柱形空心金屬殼體、金屬細(xì)桿、拉力傳感器、測(cè)量變送單元、測(cè)量浮子及電纜，所述底座上焊接有垂直于底座的第一、二滑道，所述第一、二滑道頂部焊接有橫梁，所述測(cè)量變送單元安裝在橫梁上，所述圓盤位于圓柱形空心金屬殼體上方，圓盤底部通過(guò)焊接與三腳架一端固定連接，三腳架另一端通過(guò)焊接與圓柱形空心金屬殼體頂部固定連接，所述圓盤底部中心處通過(guò)螺絲與拉力傳感器上端固定連接，拉力傳感器下端通過(guò)金屬細(xì)桿穿過(guò)圓柱形空心金屬殼體中間空心部分與測(cè)量浮子固定連接，所述圓柱形空心金屬殼體左側(cè)安裝有第一、二滑輪并與第一滑道滑動(dòng)連接，圓柱形空心金屬殼體右側(cè)安裝有第三、四滑輪并與第二滑道滑動(dòng)連接，用于圓柱形空心金屬殼體沿著兩側(cè)豎直的滑道上下移動(dòng)，所述測(cè)量變送單元通過(guò)電纜與拉力傳感器連接；所述測(cè)量變送單元，包括力采集模塊、mcu單元、顯示模塊及電源管理模塊，所述力采集模塊包括拉力信號(hào)輸入電路及與其相連的模擬信號(hào)調(diào)理電路，所述mcu單元包括信號(hào)采集接口并與其依次相連的數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)輸出接口，所述顯示模塊包括液晶顯示器及通信電路，所述電源管理模塊分別與力采集模塊、mcu單元及顯示模塊相連，所述模擬信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)ad轉(zhuǎn)換接口與信號(hào)采集接口相連，所述數(shù)據(jù)輸出接口通過(guò)spi接口與液晶顯示器相連，數(shù)據(jù)輸出接口還通過(guò)uart接口與通信電路相連。

所述測(cè)量浮子外形制成紡錘形。

本發(fā)明有益效果是：一種測(cè)量泥漿密度的裝置，包括底座、圓盤、圓柱形空心金屬殼體、金屬細(xì)桿、拉力傳感器、測(cè)量變送單元、測(cè)量浮子及電纜，所述底座上焊接有垂直于底座的第一、二滑道，所述第一、二滑道頂部焊接有橫梁，所述測(cè)量變送單元安裝在橫梁上，所述圓盤位于圓柱形空心金屬殼體上方，圓盤底部通過(guò)焊接與三腳架一端固定連接，三腳架另一端通過(guò)焊接與圓柱形空心金屬殼體頂部固定連接，所述圓盤底部中心處通過(guò)螺絲與拉力傳感器上端固定連接，拉力傳感器下端通過(guò)金屬細(xì)桿穿過(guò)圓柱形空心金屬殼體中間空心部分與測(cè)量浮子固定連接，所述圓柱形空心金屬殼體左側(cè)安裝有第一、二滑輪并與第一滑道滑動(dòng)連接，圓柱形空心金屬殼體右側(cè)安裝有第三、四滑輪并與第二滑道滑動(dòng)連接，用于圓柱形空心金屬殼體沿著兩側(cè)豎直的滑道上下移動(dòng)，所述測(cè)量變送單元通過(guò)電纜與拉力傳感器連接；所述測(cè)量變送單元，包括力采集模塊、mcu單元、顯示模塊及電源管理模塊，所述力采集模塊包括拉力信號(hào)輸入電路及與其相連的模擬信號(hào)調(diào)理電路，所述mcu單元包括信號(hào)采集接口并與其依次相連的數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)輸出接口，所述顯示模塊包括液晶顯示器及通信電路，所述電源管理模塊分別與力采集模塊、mcu單元及顯示模塊相連，所述模擬信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)ad轉(zhuǎn)換接口與信號(hào)采集接口相連，所述數(shù)據(jù)輸出接口通過(guò)spi接口與液晶顯示器相連，數(shù)據(jù)輸出接口還通過(guò)uart接口與通信電路相連。與已有技術(shù)相比，拉力傳感器及測(cè)量變送單元均位于泥漿表面的上方，不易被泥漿堵塞，確保了拉力傳感器不會(huì)受損；另外，由于測(cè)量浮子外形制成紡錘形，不僅降低了測(cè)量浮子表面沉積淤泥的可能性，而且還可以借助泥漿自身的循環(huán)流動(dòng)沖刷掉沉積在測(cè)量浮子上表面的淤泥，解決了由于淤泥導(dǎo)致的泥漿密度測(cè)量精度下降的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中的測(cè)量變送單元原理框圖。

圖中：1、底座，2、第一滑道，2a、第二滑道，3、測(cè)量浮子，4、第一滑輪，4a、第二滑輪，4b、第三滑輪，4c、第四滑輪，5、圓柱形空心金屬殼體，6、三腳架，7、金屬細(xì)桿，8、拉力傳感器，9、圓盤，10、電纜，11、橫梁，12、測(cè)量變送單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種測(cè)量泥漿密度的裝置，包括底座1、圓盤9、圓柱形空心金屬殼體5、金屬細(xì)桿7、拉力傳感器8、測(cè)量變送單元12、測(cè)量浮子3及電纜10，所述底座1上焊接有垂直于底座的第一、二滑道2、2a，所述第一、二滑道2、2a頂部焊接有橫梁11，所述測(cè)量變送單元12安裝在橫梁11上，所述圓盤9位于圓柱形空心金屬殼體5的上方，圓盤9的底部通過(guò)焊接與三腳架6的一端固定連接，三腳架6的另一端通過(guò)焊接與圓柱形空心金屬殼體5的頂部固定連接，所述圓盤9的底部中心處通過(guò)螺絲與拉力傳感器8的上端固定連接，拉力傳感器8的下端通過(guò)金屬細(xì)桿7穿過(guò)圓柱形空心金屬殼體5的中間空心部分與測(cè)量浮子3固定連接，所述圓柱形空心金屬殼體5的左側(cè)安裝有第一、二滑輪4、4a并與第一滑道2滑動(dòng)連接，圓柱形空心金屬殼體5的右側(cè)安裝有第三、四滑輪4b、4c并與第二滑道2a滑動(dòng)連接，用于圓柱形空心金屬殼體5沿著兩側(cè)豎直的滑道上下移動(dòng)。以往壓差法測(cè)泥漿密度時(shí)，傳感器必須浸沒(méi)在泥漿池中，由于泥漿沉積，傳感器損壞很快。本發(fā)明采用的圓柱形空心金屬殼體5質(zhì)量約為1.4kg，直徑約為30cm，高度約為25cm，在工作時(shí)懸浮于泥漿表面，并能自由浮動(dòng)，可以保證拉力傳感器8在泥漿表面上方測(cè)得拉力數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性較好，不易損壞，其中金屬細(xì)桿7只是起到傳遞測(cè)量浮子3重力的作用。本發(fā)明采用的測(cè)量浮子3質(zhì)量約為2.3kg，體積約為900cm³，測(cè)量時(shí)，測(cè)量浮子3浸沒(méi)在泥漿中。由于測(cè)量浮子3外形制成紡錘形，相比于其他形狀而言，不僅減少了沉積在測(cè)量浮子表面上的淤泥，而且還可以通過(guò)池中泥漿的循環(huán)流動(dòng)沖刷掉沉積在測(cè)量浮子表面上的淤泥，解決了由于淤泥導(dǎo)致的泥漿密度測(cè)量精度下降的問(wèn)題。所述測(cè)量變送單元12通過(guò)電纜10與拉力傳感器8連接，也就是說(shuō)，將拉力傳感器8所測(cè)拉力信號(hào)通過(guò)電纜10傳輸給測(cè)量變送單元12。

如圖2所示，所述測(cè)量變送單元，包括力采集模塊、mcu單元、顯示模塊及電源管理模塊，所述力采集模塊包括拉力信號(hào)輸入電路及與其相連的模擬信號(hào)調(diào)理電路，拉力信號(hào)輸入即為拉力傳感器輸出，是一個(gè)模擬電壓信號(hào)，電壓大小表示測(cè)量浮子所受重力大小。模擬信號(hào)調(diào)理電路主要包括帶寬為1000hz的低通rc濾波器和以ad8603為核心的放大電路。電信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)調(diào)理電路后，與mcu單元中的adc1_1(pa1)、adc1_2(pa2)、adc1_1(pa3)引腳相連，由mcu單元內(nèi)部的adc模塊完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于標(biāo)準(zhǔn)泥漿密度值是在標(biāo)準(zhǔn)條件下(標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)測(cè)得，而且井內(nèi)環(huán)境不可預(yù)測(cè)，泥漿環(huán)境條件可能不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，該mcu單元內(nèi)置了線性及溫度補(bǔ)償電路，確保測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好。所述mcu單元包括信號(hào)采集接口并與其依次相連的數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)輸出接口，mcu選取lpc2136芯片，首先信號(hào)采集接口通過(guò)ad轉(zhuǎn)換接口采集得到力采集模塊調(diào)理后的拉力數(shù)據(jù)，所得拉力數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊便可計(jì)算出泥漿密度值。數(shù)據(jù)處理模塊主要有兩個(gè)功能，一是根據(jù)稱重法原理測(cè)量泥漿密度，將采集得到的拉力數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算，實(shí)時(shí)計(jì)算出泥漿的密度值；二是根據(jù)泥漿池環(huán)境條件，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)條件下的泥漿密度。拉力數(shù)據(jù)處理后，所得結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)輸出接口通過(guò)spi接口輸出至液晶顯示器，用于顯示泥漿密度值，保證泥漿密度測(cè)量的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)輸出接口還通過(guò)uart接口與通信電路相連，使用rs485與計(jì)算機(jī)通信，用于調(diào)試和傳輸數(shù)據(jù)。所述電源管理模塊分別與力采集模塊、mcu單元及顯示模塊相連，為各部分電路供電，電源控制芯片型號(hào)為tps78230。

本發(fā)明測(cè)量泥漿密度工作流程如下：首先，用懸繩將所述裝置放置于泥漿表面，通過(guò)圓柱形空心金屬殼體上安裝的滑輪通過(guò)滑道隨泥漿液面的波動(dòng)上下浮動(dòng)，這樣就可以保證拉力傳感器和測(cè)量變送單元在泥漿池外工作，不易被泥漿堵塞甚至損壞，確保測(cè)量精度和穩(wěn)定性。拉力傳感器測(cè)得測(cè)量浮子在泥漿中的重力信號(hào)通過(guò)電纜送至測(cè)量變送單元，經(jīng)放大濾波、數(shù)據(jù)處理等步驟，再將密度值顯示在液晶屏上。所述測(cè)量浮子采用紡錘形外形，測(cè)量時(shí)浸沒(méi)在待測(cè)泥漿中，降低了測(cè)量浮子表面沉積淤泥的可能性，解決了由于淤泥影響泥漿密度測(cè)量的問(wèn)題。