扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油鉆井監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井的時候，一旦探到油層之后，需要對油層的粘度進行檢測，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，對于石油粘度的檢測都是現(xiàn)場曲陽之后，運送到實驗室進行檢測，這種方式不僅效率較低，延長了鉆井時間，增加了勞動強度。所以在鉆井同時進行在線測量石油粘度是發(fā)展方向。
[0003]國外在原油粘度在線測量方面起步較早，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，采用不銹鋼活塞，在小型測量腔內(nèi)的被測液體(<2mL)中，被電磁力驅(qū)動而進行直線式往復運動，搭配專用電路系統(tǒng)及液體溫度監(jiān)測模塊，基于電磁感應效應獲取活塞的前后運行時間，實現(xiàn)對粘度的測量，精度最高可達到±1%。該方法具有低成本、小型化、精度高等優(yōu)點，但在測量不同量程時需更換特定尺寸活塞，而每種活塞可測量程較小，不適用于粘度范圍較大的井下原油；并且，為了保證活塞正常往復運動，要求顆粒物直徑最大不得超過25 μπι，而原油內(nèi)顆粒物普遍大于100 μ m ;此外，測頭與儀器箱采用4.57m標準線纜連接，無法實現(xiàn)井下長距離傳輸；同時，要求使用特制溶液對測頭進行浸泡及清洗維護，否則會發(fā)生粘膠。由此可見，對于原油在線測量，CAS型在線粘度計尚不具備應用條件。
[0005]德國Marimex研宄院提出了一種扭矩微振式(簡稱:扭振式)粘度測量方法，并已形成系列產(chǎn)品。該方法采用強制振動式測量原理，由電磁線圈驅(qū)動永磁梁產(chǎn)生一定頻率的扭轉(zhuǎn)式振動，通過傳動軸將振動傳遞至與油液相接觸的傳感測頭，由于傳感測頭在不同粘度液體下的粘性損耗不同，會對其振幅產(chǎn)生影響，為使測頭維持恒定的振幅，則需對電磁線圈驅(qū)動力加以控制。此時，所補充的電參量與液體粘度之間產(chǎn)生了對應關(guān)系，通過建立數(shù)學模型，則可準確計算液體粘度值。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單，隔離性好，易于維護等特點，而且可實現(xiàn)較大的量程，在一些工業(yè)現(xiàn)場中已有實際應用。然而，該方法對于井下原油在線測量仍存在不足。首先，傳感測頭內(nèi)安裝的用于測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，以及井下長距離通訊時，對電類信號的影響也較為嚴重；另外，由于本身采用了振動式測量原理，因此外部機械裝置(如柱塞泵)產(chǎn)生的振動對其測量同樣會產(chǎn)生較大影響，嚴重時甚至無法獲得測量數(shù)據(jù)?？傊F(xiàn)有的扭振式測量原理及產(chǎn)品在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下應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，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)進行網(wǎng)絡(luò)訓練，對加權(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采用支持向量機方法建立了聚酯粘度的增量軟測量模型，并進一步研宄了支持向量機的容許誤差，以及核函數(shù)對其建模的影響，但由于支持向量機同樣是一種基于樣本的學習方法，因此訓練樣本與核函數(shù)的選擇對測量精度影響較大。
[0007]近年來，關(guān)于粘度測量的研宄逐漸向著實用化領(lǐng)域發(fā)展，如Du提出的基于超聲波傳感原理的粘度測量儀，可在固體狀態(tài)下測量粘度，簡化了粘度測量過程，具有體積小、質(zhì)量輕和測量迅速等特點，已成功運行在聚酯切片檢驗中，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，且對超聲波傳感器的安裝精度要求較高，外界機械振動對其影響較大，在原油現(xiàn)場測量效果還有待商榷；由深圳先波科技研制的在線液體粘度儀，實現(xiàn)了潤滑油粘度的在線動態(tài)監(jiān)測，分辨率可達0.5cP，響應時間小于2秒，但由于該設(shè)備采用壓電傳感器作為敏感器件，對驅(qū)動電源要求較高，且僅適用于常壓下的低粘度液體(<500cp)，無法滿足現(xiàn)場原油的測量需求。
[0008]但實際在線測量石油粘度的過程中，還會遇到多種問題，其中最主要的一個就是溫度的影響，石油的粘度會隨著溫度的改變而改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀，通過將扭矩微振式粘度計設(shè)于鉆頭的傳動桿內(nèi)，便于工作人員在鉆井探井的同時，可以直接測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強度，提高了生產(chǎn)效率；鉆頭進入油層后繼續(xù)向下鉆一段時間，石油起到了冷卻鉆頭的作用，并且扭矩微振式粘度計與溫度較高的鉆頭有一段距離，所測量的石油不會受鉆頭溫度的影響，測量效果精確；
[0010]通過光纖布拉格光柵進行測振，不僅可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)扭振式粘度計采用的電類傳感器作為振動敏感器件，在石油采集現(xiàn)場會受到電磁干擾、高溫高壓等因素影響，無法保證測量精度的現(xiàn)象，而且通過光纖布拉格光柵的作用，對控制器進行反饋，使控制器提供驅(qū)動線圈補償電流，以使測頭的擺動幅度在測量石油粘性期間可以維持不變；
[0011]通過護板和連接板的作用形成油槽，使得測頭所測量的石油在相對穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)，提高了測量精確度；
[0012]在鉆井過程中，通過護板的作用，防止土層中的雜質(zhì)對扭矩微振式粘度計造成損壞；
[0013]在鉆井過程中，通過壓力傳感器的作用，實時監(jiān)測鉆頭所受的壓力，并根據(jù)壓力值判斷鉆井狀態(tài)。
[0014]本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0015]扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀，包括傳動桿，所述傳動桿的底端連接有鉆頭，傳動桿的另一端與鉆井驅(qū)動裝置傳動連接，所述鉆頭通過過渡桿與傳動桿連接，所述傳動桿的底部設(shè)有空腔A，所述空腔A的上部與外界連通，空腔A內(nèi)設(shè)有扭矩微振式粘度計，所述過渡桿的底部與鉆頭頂部固定，過渡桿與傳動桿通過活塞活動連接，所述活塞固定于過渡桿，活塞的活塞桿端部與空腔A的底板固定，所述過渡桿的頂部邊沿向上設(shè)有護板，所述傳動桿和扭矩微振式粘度計分別通過控制器控制。
[0016]本實用新型進一步改進方案是，所述扭矩微振式粘度計包括固定參考軸，所述固定參考軸從上至下依次套置有懸梁、驅(qū)動桿、從動套和測頭，所述固定參考軸的頂部固定于傳動桿內(nèi)，底部伸入測頭內(nèi)；所述懸梁、驅(qū)動桿、從動套和測頭均與固定參考軸轉(zhuǎn)動連接，懸梁和測頭的上下方向分別通過固定參考軸限位，所述懸梁與驅(qū)動桿的頂部固定，所述從動套的底部與測頭固定，所述驅(qū)動桿與從動套轉(zhuǎn)動連接，所述懸梁設(shè)于傳動桿的空腔B內(nèi)，所述空腔B內(nèi)設(shè)有懸梁驅(qū)動裝置，所述固定參考軸底部通過等強度懸臂梁與測頭的內(nèi)壁連接，所述等強度懸臂梁上設(shè)有光纖布拉格光柵。
[0017]本實用新型更進一步改進方案是，所述懸梁驅(qū)動裝置包括設(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、對應于磁極片位置處的驅(qū)動線圈。
[0018]本實用新型更進一步改進方案是，所述等強度懸臂梁水平設(shè)置，所述等強度懸臂梁較寬的一端與固定參考軸固定，等強度懸臂梁較窄的一端與測頭內(nèi)側(cè)壁固定。
[0019]本實用新型更進一步改進方案是，所述固定參考軸與懸梁之間、固定參考軸與驅(qū)動桿、固定參考軸與測頭之間、驅(qū)動桿與傳動桿之間分別通過軸承轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動桿與從動套之間通過扭力彈簧連接。
[0020]本實用新型更進一步改進方案是，所述光纖布拉格光柵通過導線與控制器導電連接，所述光纖布拉格光柵的導線穿過固定參考軸所設(shè)的通孔A以及傳動桿所設(shè)的通孔B與控制器導電連接。
[0021]本實用新型更進一步改進方案是，當活塞桿退回活塞內(nèi)至最大行程時，所述護板將空腔A與外界隔開。
[0022]本實用新型更進一步改進方案是，所述空腔A的底板通過邊沿所設(shè)的連接板與傳動桿固定連接，相鄰的連接板之間設(shè)有間隙，所述間隙與護板匹配。
[0023]本實用新型更進一步改進方案是，當活塞桿伸出活塞至最大行程時，護板的頂部高于測頭的頂部。
[0024]本實用新型更進一步改進方案是，所述過渡板與鉆頭的連接處設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器通過導線與控制器導電連接，所述壓力傳感器的導線穿過過渡桿所設(shè)的通孔C以及傳動桿所設(shè)的通孔B與控制器導電連接。
[0025]本實用新型的有益效果在于:
[0026]第一、本實用新型的扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀，通過將扭矩微振式粘度計設(shè)于鉆頭的傳動桿內(nèi)，便于工作人員在鉆井探井的同時，可以直接測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強度，提高了生產(chǎn)效率；鉆頭進入油層后繼續(xù)向下鉆一段時間，石油起到了冷卻鉆頭的作用，并且扭矩微振式粘度計與溫度較高的鉆頭有一段距離，所測量的石油不會受鉆頭溫度的影響，測量效果精確。
[0027]第二、本實用新型的扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀，通過光纖布拉格光柵進行測振，不僅可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)扭振式粘度計采用的電類傳感器作為振動敏感器件，在石油采集現(xiàn)場會受到電磁干擾、高溫高壓等因素影響，無法保證測量精度的現(xiàn)象，而且通過光纖布拉格光柵的作用，對控制器進行反饋，使控制器提供驅(qū)動線圈補償電流，以使測頭的擺動幅度在測量石油粘性期間可以維持不變。
[0028]第三、本實用新型的扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀，通過護板和連接板的作用形成油槽，使得測頭所測量的石