高精度的鉆井石油粘度在線雙測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆井監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度的鉆井石油粘度在線雙測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井的時(shí)候，一旦探到油層之后，需要對(duì)油層的粘度進(jìn)行檢測(cè)，一確定該油層的石油是否適合開采。而目前大多數(shù)鉆井后，對(duì)于石油粘度的檢測(cè)都是現(xiàn)場(chǎng)曲陽之后，運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，這種方式不僅效率較低，延長(zhǎng)了鉆井時(shí)間，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。所以在鉆井同時(shí)進(jìn)行在線測(cè)量石油粘度是發(fā)展方向。
[0003]國外在原油粘度在線測(cè)量方面起步較早，但關(guān)于成熟技術(shù)的相關(guān)資料較少，主要是由于該類技術(shù)關(guān)系國家命脈，因此存在技術(shù)封鎖。據(jù)可查閱資料表明，主要有以下研宄成果:
[0004]美國Cambridge研宄院研制的CAS型在線粘度計(jì)，采用不銹鋼活塞A，在小型測(cè)量腔內(nèi)的被測(cè)液體(<2mL)中，被電磁力驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行直線式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，搭配專用電路系統(tǒng)及液體溫度監(jiān)測(cè)模塊，基于電磁感應(yīng)效應(yīng)獲取活塞A的前后運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)粘度的測(cè)量，精度最高可達(dá)到±1%。該方法具有低成本、小型化、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但在測(cè)量不同量程時(shí)需更換特定尺寸活塞A，而每種活塞A可測(cè)量程較小，不適用于粘度范圍較大的井下原油；并且，為了保證活塞A正常往復(fù)運(yùn)動(dòng)，要求顆粒物直徑最大不得超過25 μ m，而原油內(nèi)顆粒物普遍大于100 μ m ;此外，測(cè)頭與儀器箱采用4.57m標(biāo)準(zhǔn)線纜連接，無法實(shí)現(xiàn)井下長(zhǎng)距離傳輸；同時(shí)，要求使用特制溶液對(duì)測(cè)頭進(jìn)行浸泡及清洗維護(hù)，否則會(huì)發(fā)生粘膠。由此可見，對(duì)于原油在線測(cè)量，CAS型在線粘度計(jì)尚不具備應(yīng)用條件。
[0005]德國Marimex研宄院提出了一種扭矩微振式(簡(jiǎn)稱:扭振式)粘度測(cè)量方法，并已形成系列產(chǎn)品。該方法采用強(qiáng)制振動(dòng)式測(cè)量原理，由電磁線圈驅(qū)動(dòng)永磁梁產(chǎn)生一定頻率的扭轉(zhuǎn)式振動(dòng)，通過傳動(dòng)軸將振動(dòng)傳遞至與油液相接觸的傳感測(cè)頭，由于傳感測(cè)頭在不同粘度液體下的粘性損耗不同，會(huì)對(duì)其振幅產(chǎn)生影響，為使測(cè)頭維持恒定的振幅，則需對(duì)電磁線圈驅(qū)動(dòng)力加以控制。此時(shí)，所補(bǔ)充的電參量與液體粘度之間產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過建立數(shù)學(xué)模型，則可準(zhǔn)確計(jì)算液體粘度值。該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，隔離性好，易于維護(hù)等特點(diǎn)，而且可實(shí)現(xiàn)較大的量程，在一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中已有實(shí)際應(yīng)用。然而，該方法對(duì)于井下原油在線測(cè)量仍存在不足。首先，傳感測(cè)頭內(nèi)安裝的用于測(cè)量振幅的傳感器仍為電類元件，在100°C以上的環(huán)境溫度下無法正常工作，且在伴有電磁干擾環(huán)境下，以及井下長(zhǎng)距離通訊時(shí)，對(duì)電類信號(hào)的影響也較為嚴(yán)重；另外，由于本身采用了振動(dòng)式測(cè)量原理，因此外部機(jī)械裝置(如柱塞泵)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)其測(cè)量同樣會(huì)產(chǎn)生較大影響，嚴(yán)重時(shí)甚至無法獲得測(cè)量數(shù)據(jù)?？傊?，現(xiàn)有的扭振式測(cè)量原理及產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下應(yīng)用仍然存在諸多問題。
[0006]國內(nèi)方面，早期的研宄成果大多著重于井下油液粘度數(shù)值模擬及估計(jì)，如Sun將基于模糊c均值聚類算法的多模型建模方法與徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立了橡膠混煉過程控制中的粘度軟測(cè)量模型，取得了較好的效果，但該方法需要大量樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，對(duì)加權(quán)系數(shù)和模糊隸屬度函數(shù)的選取也具有一定的主觀性；Chen采用支持向量機(jī)方法建立了聚酯粘度的增量軟測(cè)量模型，并進(jìn)一步研宄了支持向量機(jī)的容許誤差，以及核函數(shù)對(duì)其建模的影響，但由于支持向量機(jī)同樣是一種基于樣本的學(xué)習(xí)方法，因此訓(xùn)練樣本與核函數(shù)的選擇對(duì)測(cè)量精度影響較大。
[0007]近年來，關(guān)于粘度測(cè)量的研宄逐漸向著實(shí)用化領(lǐng)域發(fā)展，如Du提出的基于超聲波傳感原理的粘度測(cè)量?jī)x，可在固體狀態(tài)下測(cè)量粘度，簡(jiǎn)化了粘度測(cè)量過程，具有體積小、質(zhì)量輕和測(cè)量迅速等特點(diǎn)，已成功運(yùn)行在聚酯切片檢驗(yàn)中，但受超聲波盲區(qū)影響，該方法在特定量程范圍內(nèi)精度不高，且對(duì)超聲波傳感器的安裝精度要求較高，外界機(jī)械振動(dòng)對(duì)其影響較大，在原油現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量效果還有待商榷；由深圳先波科技研制的在線液體粘度儀，實(shí)現(xiàn)了潤滑油粘度的在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分辨率可達(dá)0.5cP，響應(yīng)時(shí)間小于2秒，但由于該設(shè)備采用壓電傳感器作為敏感器件，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源要求較高，且僅適用于常壓下的低粘度液體(<500cp)，無法滿足現(xiàn)場(chǎng)原油的測(cè)量需求。
[0008]但實(shí)際在線測(cè)量石油粘度的過程中，還會(huì)遇到多種問題，其中最主要的一個(gè)就是溫度的影響，石油的粘度會(huì)隨著溫度的改變而改變；另外一個(gè)就是油層中的原油中含有微粒，在鉆井的時(shí)候還會(huì)降土層中的雜質(zhì)帶入油層，這些微粒和雜質(zhì)會(huì)對(duì)原油粘度的測(cè)量精確度造成影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度的鉆井石油粘度在線雙測(cè)儀，通過將扭矩微振式粘度計(jì)和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)設(shè)于鉆頭的傳動(dòng)桿內(nèi)，便于工作人員在鉆井探井的同時(shí)，可以直接測(cè)得地下油層中油的粘性，由此可以直接判斷該油層的石油是否適合開采，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率；鉆頭進(jìn)入油層后繼續(xù)向下鉆一段時(shí)間，石油起到了冷卻鉆頭的作用，并且扭矩微振式粘度計(jì)與溫度較高的鉆頭有一段距離，所測(cè)量的石油受鉆頭溫度影響較小，通過測(cè)頭底部的溫度傳感器以及控溫層的作用，使所測(cè)是有的溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，保證測(cè)量效果的精確性；
[0010]通過光纖布拉格光柵進(jìn)行測(cè)振，不僅可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)扭振式粘度計(jì)采用的電類傳感器作為振動(dòng)敏感器件，在石油采集現(xiàn)場(chǎng)會(huì)受到電磁干擾、高溫高壓等因素影響，無法保證測(cè)量精度的現(xiàn)象，而且通過光纖布拉格光柵的作用，對(duì)控制器進(jìn)行反饋，使控制器提供驅(qū)動(dòng)線圈補(bǔ)償電流，以使測(cè)頭的擺動(dòng)幅度在測(cè)量石油粘性期間可以維持不變；
[0011]通過濾網(wǎng)的作用，將石油中的微粒雜質(zhì)進(jìn)行過濾，保證進(jìn)入油槽內(nèi)的石油純度較高，防止微粒在測(cè)量時(shí)由于測(cè)頭的擺動(dòng)而與測(cè)頭接觸或摩擦，避免微粒與測(cè)頭的接觸或摩擦對(duì)石油粘度的測(cè)量造成影響；也避免微粒長(zhǎng)時(shí)間摩擦測(cè)頭，導(dǎo)致測(cè)頭使用壽命降低，甚至直接損壞；
[0012]通過護(hù)板和連接板的作用形成油槽，使得測(cè)頭所測(cè)量的石油在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)，提高了測(cè)量精確度；
[0013]在鉆井過程中，通過護(hù)板的作用，防止土層中的雜質(zhì)對(duì)扭矩微振式粘度計(jì)造成損壞；
[0014]旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)不使用的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的葉片組成腔壁，在鉆頭進(jìn)行鉆井的時(shí)候?qū)πD(zhuǎn)粘度計(jì)起保護(hù)作用；當(dāng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)使用的時(shí)候，由于力矩的原理，葉片可以放大石油粘度對(duì)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的阻力，提高了測(cè)量的精度；
[0015]在鉆井過程中，通過壓力傳感器的作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆頭所受的壓力，并根據(jù)壓力值判斷鉆井狀態(tài)。
[0016]本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0017]高精度的鉆井石油粘度在線雙測(cè)儀，包括傳動(dòng)桿，所述傳動(dòng)桿的底端連接有鉆頭，傳動(dòng)桿的另一端與鉆井驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)連接，所述鉆頭通過過渡桿與傳動(dòng)桿連接，所述傳動(dòng)桿從下向上依次設(shè)有空腔A和空腔B，所述空腔A設(shè)于傳動(dòng)桿的底部，所述空腔A的上部與外界連通，空腔A的底板上表面設(shè)有溫控層，所述空腔A的內(nèi)壁上位于與外接連通處設(shè)有濾網(wǎng)，空腔A內(nèi)設(shè)有扭矩微振式粘度計(jì)，所述扭矩微振式粘度計(jì)外表面的底部設(shè)有溫度傳感器，所述空腔B內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，所述過渡桿的底部與鉆頭頂部固定，過渡桿與傳動(dòng)桿通過活塞A活動(dòng)連接，所述活塞A固定于過渡桿，活塞A的活塞桿A端部與空腔A的底板固定，所述過渡桿的頂部邊沿向上設(shè)有護(hù)板，所述傳動(dòng)桿、扭矩微振式粘度計(jì)和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)分別通過控制器控制。
[0018]本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述扭矩微振式粘度計(jì)包括固定參考軸，所述固定參考軸從上至下依次套置有懸梁、驅(qū)動(dòng)桿、從動(dòng)套和測(cè)頭，所述固定參考軸的頂部固定于傳動(dòng)桿內(nèi)，底部伸入測(cè)頭內(nèi)；所述懸梁、驅(qū)動(dòng)桿、從動(dòng)套和測(cè)頭均與固定參考軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，懸梁和測(cè)頭的上下方向分別通過固定參考軸限位，所述懸梁與驅(qū)動(dòng)桿的頂部固定，所述從動(dòng)套的底部與測(cè)頭固定，所述驅(qū)動(dòng)桿與從動(dòng)套轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述懸梁設(shè)于傳動(dòng)桿的空腔B內(nèi)，所述空腔B內(nèi)設(shè)有懸梁驅(qū)動(dòng)裝置，所述固定參考軸底部通過等強(qiáng)度懸臂梁與測(cè)頭的內(nèi)壁連接，所述等強(qiáng)度懸臂梁上設(shè)有光纖布拉格光柵。
[0019]本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述懸梁驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)于懸梁兩側(cè)端部位置處的磁極片，還包括固定于空腔B內(nèi)壁、對(duì)應(yīng)于磁極片位置處的驅(qū)動(dòng)線圈。
[0020]本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述等強(qiáng)度懸臂梁水平設(shè)置，所述等強(qiáng)度懸臂梁較寬的一端與固定參考軸固定，等強(qiáng)度懸臂梁較窄的一端與測(cè)頭內(nèi)側(cè)壁固定。
[0021]本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述固定參考軸與懸梁之間、固定參考軸與驅(qū)動(dòng)桿、固定參考軸與測(cè)頭之間、驅(qū)動(dòng)桿與傳動(dòng)桿之間分別通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)桿與從動(dòng)套之間通過扭力彈簧A連接。
[0022]本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述光纖布拉格光柵、溫度傳感器和溫控層通過導(dǎo)線與控制器導(dǎo)電連接，所述光纖布拉格光柵的導(dǎo)線穿過固定參考軸所設(shè)的通孔A以及傳動(dòng)桿所設(shè)的通孔B與控制器導(dǎo)電連接，所述溫度傳感器的導(dǎo)線穿過測(cè)頭、固定參考軸所設(shè)的通孔A以及傳動(dòng)桿所設(shè)的通孔B與控制器導(dǎo)電連接，所述溫控層的導(dǎo)線穿過傳動(dòng)桿所設(shè)的通孔B與控制器導(dǎo)電連接。