阅读说明：本技术 一种智能钻井液监测系统 (Intelligent drilling fluid monitoring system ) 是由 梁鹏 郝刚 于 2018-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能钻井液监测系统,包括泥浆池、控制器、塑形罐、收集罐、清水罐,所述泥浆来液管线中经过充分搅拌的足够量的待测钻井液进行静止塑型(10S,10min)：且所述泥浆来液管线为通过三通开关阀连接在泥浆池、供液泵以及收集罐上：所述泥浆池和供液泵之间的输送管道上设置有一个压力调节阀YL。该新型可方便的在钻井现场布放,安装/调试正常后无需人员干预即可连续、自动、智能的运行,连续获得并记录钻井液流变参数：塑性粘度、动切应力、流性指数、稠度系数、漏斗粘度、初静切力、终静切力、API失水且误差可有效控制在3％以内。(The invention discloses an intelligent drilling fluid monitoring system, which comprises a mud pool, a controller, a shaping tank, a collecting tank and a clean water tank, wherein the mud to-be-measured drilling fluid which is sufficiently stirred in a mud incoming fluid pipeline is subjected to static shaping (10S, 10 min): and the mud liquid supply pipeline is connected to the mud pool, the liquid supply pump and the collection tank through a three-way switch valve: and a pressure regulating valve YL is arranged on a conveying pipeline between the mud pit and the liquid supply pump. This novel can be convenient lay at the well drilling scene, the installation/debugging need not personnel's intervention after normally can be continuous, automatic, the operation of intelligence, obtain and record well drilling fluid rheological parameters in succession: the plastic viscosity, dynamic shear stress, fluidity index, consistency coefficient, funnel viscosity, initial static shear force, final static shear force and API water loss can be effectively controlled within 3 percent.)

一种智能钻井液监测系统

技术领域

本发明属于石油天然气行业钻井液性能的实时监测领域，具体涉及一种智 能钻井液监测系统。

背景技术

从“钻井液性能在线实时监测和管理”的应用角度，目前行业内还没有真 正能够实现商业化运行的系统和方法；从钻井液检测的机理上，主要有旋转法 和管流法两种。实验室用旋转法的检测精度相对较高，但实时性差(15分钟出 一组数据)，且也仅仅是相关流变性的数据；管流法虽然能实现一定的人为实时 性(1～60秒出一组数据)，但管流法系统操作复杂，测量的阶段性需要不断的人 为因素介入及判断，对操作人员的知识及技术水平要求高，在操作或判断不当 时会产生根本性误差；本新型正是应对管流法的不足，设计了一套全流速自动 运行模拟现场的、基于狭缝毛细管路的在线钻井液性能的监测管理系统；其中， 狭缝毛细管路钻井液在线检测流变性的方法，属于1991申请的公开号为：CN2085960的发明，目前已属于过期公开技术方案。

关于钻井液流变性在线实时监测，目前有个别相对独立的方法，但就测量机 理和实际的操作过程而言，还是具有相当的不确定性和局限性；(1)虽然可以 在线测得钻井液的流变性，但数据间隔时间长，设备本身操作、测量状态的恢 复及维护复杂，且数据种类有限；(2)虽然能够连续测量并记录钻井液流变性 的表观粘度、塑性粘度、动切应力、流性指数、稠度系数，但不能连续的测量 初静切力、终静切力、API失水；(3)虽然能够连续测量记录数据却要手动判断 流体的流型，导致在特定流体情况下不可避免的不确定性和误差，甚至非理性 数据的出现。综上所述，所以我设计了一种智能钻井液监测系统。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种智能钻井液监测系统。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种智能钻井液监测系统，包括泥浆池、控制器、塑形罐、收集罐、清水 罐，所述泥浆来液管线中经过充分搅拌的足够量的待测钻井液进行静止塑型 (10S，10min)：且所述泥浆来液管线为通过三通开关阀连接在泥浆池、供液泵 以及收集罐上：所述泥浆池和供液泵之间的输送管道上设置有一个压力调节阀 YL；且所述管道通过流量调节阀LL和质量流量计连接在塑形罐和狭缝流道；所 述塑形罐和泥浆池连接的管道上设置有开关阀LW1；所述塑形罐上设置有能够与 外界通气的气路阀ql4和与仪表风气源连接的气路阀ql3；所述仪表风气源通过 气路阀ql1、气路阀ql5、气路阀ql6分别与收集罐、清水罐以及压力变送器连接；所述狭缝流道的另一端为连接着所述收集罐上；且所述狭缝流道上设置有 压力变送器以及控制其在压力变送器管道的开关阀LW6；所述控制器为连接着所 述开关并自动的按预定逻辑循环的控制实现；所述控制器把信息传送到嵌入式 微型计算机上，从而实时进行计算并显示在随机的显示屏上，数据可以TCP/IP 的形式上传，也可通过无线通讯上传。

作为本发明的进一步优化方案，所述三通开关阀的每一个支流上分别设置 有开关阀LW5、4-开关阀LW4、开关阀LW3；所述压力变送器包括压力P1、压 力P2、压力P3。

作为本发明的进一步优化方案，所述收集罐上设置有气路阀ql2；且所述收 集罐为连接在所述清水罐上。

作为本发明的进一步优化方案，所述收集罐通过一个独立的管道连接在所 述塑形罐上。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：该新型可方便的在钻井现场布 放，安装/调试正常后无需人员干预即可连续、自动、智能的运行，连续获得并 记录钻井液流变参数：塑性粘度、动切应力、流性指数、稠度系数、漏斗粘度、 初静切力、终静切力、API失水且误差可有效控制在3％以内。

附图说明

图1是本发明的连接示意图。

图中：1--泥浆来液管线；2-泥浆池；3-开关阀LW5；4-开关阀LW4；5 -开关阀LW3；6-供液泵；7-压力调节阀YL；8-流量调节阀LL；9-质量流 量计；10-控制器；11-开关阀LW1；12-塑形罐；13-气路阀ql4；14-气路 阀ql3；15-仪表风气源；16-气路阀ql2；17-气路阀ql1；18-气路阀ql5； 19-收集罐；20-清水罐；21-压力P1；22-开关阀LW6；23-压力P2；24- 压力P3；25-气路阀ql6；26-狭缝流道；27-嵌入式微型计算机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种智能钻井液监测系统，包括泥浆池(2)、控制器(10)、 塑形罐(12)、收集罐(19)、清水罐(20)，所述泥浆来液管线(1)中经过充 分搅拌的足够量的待测钻井液进行静止塑型(10S，10min)：且所述泥浆来液管 线(1)为通过三通开关阀连接在泥浆池(2)、供液泵(6)以及收集罐(19) 上：所述泥浆池(2)和供液泵(6)之间的输送管道上设置有一个压力调节阀 YL(7)；且所述管道通过流量调节阀LL(8)和质量流量计(9)连接在塑形罐 (12)和狭缝流道(26)；所述塑形罐(12)和泥浆池(2)连接的管道上设置 有开关阀LW1(11)；所述塑形罐(12)上设置有能够与外界通气的气路阀ql4 (13)和与仪表风气源(15)连接的气路阀ql3(14)；所述仪表风气源(15) 通过气路阀ql1(17)、气路阀ql5(18)、气路阀ql6(25)分别与收集罐(19)、 清水罐(20)以及压力变送器连接；所述狭缝流道(26)的另一端为连接着所 述收集罐(19)上；且所述狭缝流道(26)上设置有压力变送器以及控制其在压力变送器管道的开关阀LW6(22)；所述控制器(10)为连接着所述开关并自 动的按预定逻辑循环的控制实现；所述控制器(10)把信息传送到嵌入式微型 计算机(27)上，从而实时进行计算并显示在随机的显示屏上，数据可以TCP/IP 的形式上传，也可通过无线通讯上传；所述三通开关阀的每一个支流上分别设 置有开关阀LW5(3)、4-开关阀LW4(4)、开关阀LW3(5)；所述压力变送器包 括压力P1(21)、压力P2(23)、压力P3(24)；所述收集罐(19)上设置有气 路阀ql2(16)；且所述收集罐(19)为连接在所述清水罐(20)上；所述收集 罐(19)通过一个独立的管道连接在所述塑形罐(12)上。

所述本新型装置在这个实施例中，该新型系统可在线全自动智能运行并连续 模拟实际环境中全流速钻井液的流动，实时取得数据，同时储存经过充分搅拌 的足够量的待测钻井液进行静止塑型(10S，10min)，塑型罐(12)内的流体由 流量调节控制阀(8)自动控制注入，在线时螺杆供液泵(6)持续工作，出口 由压力调节阀(7)控制保证一定的出口压力，进口调节控制阀线性的工作，将 不同流量的钻井液连续的注入狭缝毛细管(26)如图1所示，狭缝毛细管(26) 上的压力变送器可以记录当前流量下的压降变化，根据这些数据能够实时求解： 剪切速率、剪切力、表观黏度，并形成曲线数据，在一个流量閥的开启周期结束后，完整的曲线数据就有了，根据曲线数据可直观的判断流体是：牛顿流体、 宾汉流体或是幂律流体，根据判断准确进行：塑性粘度、动切应力、流性指数、 稠度系数、漏斗粘度的计算，在静止时间(10S，10min)达到时，控制停止泵， 切换管路将储存的已经塑型好的钻井液(1)注入狭缝毛细管(26)，塑型罐(12) 的推出压力由气压泵提供并由电磁阀控制充气，当毛细管(26)狭缝被塑型钻 井液(1)填充好后静止2S使压力平衡，测的静压力值这个压力值就是最小推 动流体运行的压力差值，就是初始静切压力值，可通过流道尺寸计算得出静切力值，依次在时间到达后切换操作就可分别得到(10S，10min)时的静切力值， 则10秒种的就是初静切力，10min的就是终静切力，以上过程循环的周期操作， 就可实时的跟踪测量钻井液流变参数，以上运行由控制器(10)自动的按预定 逻辑循环的控制实现，嵌入式微型计算机(27)实时从控制器获得数据进行计 算并显示在随机的显示屏上，数据可以TCP/IP的形式上传，也可通过无线通讯 上传。

产品的操作过程如下：

(1)流程准备

系统每次上电开始运行时要首先进行一次废液的排出，目的是解决由于突 然停电等事件时的处理。

系统首先检测气压是否具备，并启动气压泵开始提高仪表风压力，等压力 具备：

阶段1：

ql1(17)关、ql2(16)关、ql3(14)开、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)开、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)关、YL(7)关、供液泵停，置换塑形罐、收集罐、取压回路液体、泵 进口至取样短接内液体。

阶段2：

ql1(17)开、ql2(16)关、ql3(14)开、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)开、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)关、 LL(8)开、YL(7)开、供液泵停，置换流量计至泵出口液体。

阶段3：

检测是否需要停止，如果不需要：触发(2)；如果需要：暂时停止触发(6)， 长期停用触发(7)。

(2)测量准备

阶段1：

ql1(17)开、ql2(16)关、ql3(14)开、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)开、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)开100％、YL(7)开100％、供液泵运行；置换狭缝入口至泵出口泥浆、 置换收集罐内泥浆、置换引压回路内泥浆

阶段2：

ql1(17)关、ql2(16)关、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)开50％、YL(7)开、供液泵运行，YL(7)与P1关联控制入口0.3MPa， 进行管路充液，并充满塑形罐，待塑形罐充满后，

阶段3：

ql1(17)关、ql2(16)关、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)关、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)开50％、YL(7)开、供液泵运行，

LL(8)閥慢关，YL(7)与P1关联控制入口0.1MPa，塑形开始计时，进 液过程中收集罐也进液，由于收集罐容积够大且出口与泥浆池连通，塑形罐充 满后收集罐内进液有限，在LL(8)关闭时LW2关差压变送器投入并触发(3)。

ql6(25)打开作用是吹扫，所以此段设定两级计时，充液时间长，吹扫时 间短但同时触发。

(3)上行测量流变参数

阶段1：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)关、LW2关、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)缓慢打开、YL(7)开、供液泵运行，与P1关联控制收集罐内压力至0.1MPa， 控制过程采用分段停留相对静止的方式，LL(8)閥按0～1000分段每次打开10％， 稳定后采集，并实时计算剪切速率在达到7000剪切速率时停止LL(8)打开， 如果在最大位置100％依然没有获得7000剪切速率，调整YL(7)设定值增大流 量输入，直至达到7000剪切速率，保持YL(7)切换至手动状态，靠阶段2计 时将收集罐内液体全部推出

阶段2：

ql1(17)开、ql2(16)关、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、ql6(25)关、LW1(11)关、LW2关、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)在找到剪切速率最大开度、YL(7)开、供液泵运行

YL(7)切换至自动状态，触发(4)。

(4)下行测量流变参数

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)关、LW2关、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)缓慢关闭最后限位在10％，采集数据用于计算流变参数，YL(7)与P1 关联控制泵出口在上行得到的压力设定点、供液泵运行，LL(8)全部关闭在最 小10％时时，检测塑性计时是否到达，如果没有到，YL(7)与P1关联压力设定至0.1MPa触发(3)，此时流变仪正式投入，连续切换在(3)、(4)之间循环运 行，测量流变数据并输出；如果塑性计时到达触发(5)。

(5)十分钟测量结束后测量终静切力

这时塑性罐的计时已经到达并且已经等待(4)的结束，如下：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)开、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2关、LW3(5)关、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)关闭、YL(7)缓慢打开与P1关联控制收集罐内压力保持在0.1MPa、供 液泵运行，LL(8)全部关闭，塑形液被推入流道获得终静剪切力数据，此过程 用计时实现，时间要相对长，保证将塑形液全部推出，之后触发(2)。

(6)暂时停止(还需继续使用)

阶段1：

当按下功能选择后触发(1)：

阶段2：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)关、ql5(18)开、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)开、YL(7)关、供液泵停，收集罐根据计时估计进入2升的清水，

阶段3：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)关、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)开、YL(7)关、供液泵运行10秒钟。

阶段4：

ql1(17)开、ql2(16)关、ql3(14)开、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)开、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)开、LW5(3)开、 LL(8)开、YL(7)开、供液泵停，置换出洗泵液体，

阶段5：

ql1(17)关、ql2(16)关、ql3(14)关、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)关、YL(7)关、供液泵停。

设备处于待用状态。

(7)长期停用(不再使用)

阶段1：

当按下功能选择后触发(1)：

阶段2：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)开、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)关、LW5(3)关、LL(8)开、YL(7)关、供液泵停，收集罐根据计时估计进入5升的清水。

阶段3：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)开、YL(7)关，供液泵运行20秒钟。

阶段4：

ql1(17)关、ql2(16)开、ql3(14)关、ql4(13)开、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)开、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)开、YL(7)关，供液泵停 ，浸泡300秒：

阶段5：

触发(1)，

阶段6：

ql1(17)关、ql2(16)关、ql3(14)关、ql4(13)关、ql5(18)关、 ql6(25)关、LW1(11)开、LW2开、LW3(5)关、LW4(4)关、LW5(3)关、 LL(8)关、YL(7)关、供液泵停。

设备处于停用状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人 员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只 是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求 保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。