[實用新型]高精度的扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀

有效

• 申請號: 201520269072.6
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN204679379U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 王躍
• 申請（專利權）人: 王躍
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;E21B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及石油鉆井監測領域，具體涉及一種高精度的扭矩微振式粘度鉆井在線測量儀。

背景技術

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。而目前大多數鉆井后，對于石油粘度的檢測都是現場曲陽之后，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展方向。

國外在原油粘度在線測量方面起步較早，但關于成熟技術的相關資料較少，主要是由于該類技術關系國家命脈，因此存在技術封鎖。據可查閱資料表明，主要有以下研究成果：

美國Cambridge研究院研制的CAS型在線粘度計，采用不銹鋼活塞，在小型測量腔內的被測液體(<2mL)中，被電磁力驅動而進行直線式往復運動，搭配專用電路系統及液體溫度監測模塊，基于電磁感應效應獲取活塞的前后運行時間，實現對粘度的測量，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25μm，而原油內顆粒物普遍大于100μm；此外，測頭與儀器箱采用4.57m標準線纜連接，無法實現井下長距離傳輸；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。

德國Marimex研究院提出了一種扭矩微振式（簡稱：扭振式）粘度測量方法，并已形成系列產品。該方法采用強制振動式測量原理，由電磁線圈驅動永磁梁產生一定頻率的扭轉式振動，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，會對其振幅產生影響，為使測頭維持恒定的振幅，則需對電磁線圈驅動力加以控制。此時，所補充的電參量與液體粘度之間產生了對應關系，通過建立數學模型，則可準確計算液體粘度值。該方法具有結構簡單，隔離性好，易于維護等特點，而且可實現較大的量程，在一些工業現場中已有實際應用。然而，該方法對于井下原油在線測量仍存在不足。首先，傳感測頭內安裝的用于測量振幅的傳感器仍為電類元件，在100℃以上的環境溫度下無法正常工作，且在伴有電磁干擾環境下，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）產生的振動對其測量同樣會產生較大影響，嚴重時甚至無法獲得測量數據?？傊?，現有的扭振式測量原理及產品在現場惡劣環境下應用仍然存在諸多問題。

國內方面，早期的研究成果大多著重于井下油液粘度數值模擬及估計，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神經網絡相結合，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據進行網絡訓練，對加權系數和模糊隸屬度函數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，并進一步研究了支持向量機的容許誤差，以及核函數對其建模的影響，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的選擇對測量精度影響較大。

近年來，關于粘度測量的研究逐漸向著實用化領域發展，如Du提出的基于超聲波傳感原理的粘度測量儀，可在固體狀態下測量粘度，簡化了粘度測量過程，具有體積小、質量輕和測量迅速等特點，已成功運行在聚酯切片檢驗中，但受超聲波盲區影響，該方法在特定量程范圍內精度不高，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，實現了潤滑油粘度的在線動態監測，分辨率可達0.5cP，響應時間小于2?秒，但由于該設備采用壓電傳感器作為敏感器件，對驅動電源要求較高，且僅適用于常壓下的低粘度液體（<500cp），無法滿足現場原油的測量需求。

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；另外一個就是油層中的原油中含有微粒，在鉆井的時候還會降土層中的雜質帶入油層，這些微粒和雜質會對原油粘度的測量精確度造成影響。

發明內容