[發明專利]一種連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置

在審

• 申請號: 202111248286.1
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113959910A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 馬躍;張道明;苗海龍;王偉;肖劍;耿鐵;李自立;于夢蛟
• 申請（專利權）人: 中海油田服務股份有限公司;寧波萬由深海能源科技有限公司
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙) 11276
• 代理人: 李杉杉

本發明屬于鉆井液性能測量技術領域，公開了一種連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置。包括殼體，殼體上形成有相對設置的用于泵入和泵出鉆井液的入口和出口，固定在殼體內的定子內筒，同軸位于定子內筒的外周的轉子外筒，與定子內筒相連的扭矩傳感裝置，以及與轉子外筒相連且位于殼體外部的驅動電機。其中，定子內筒與轉子外筒之間形成有環空測量段，轉子外筒上形成有用于流入鉆井液的開口，驅動電機驅動轉子外筒相對于定子內筒轉動以帶動經開口進入環空測量段的鉆井液旋轉流動，旋轉流動的鉆井液帶動定子內筒產生扭矩并通過扭矩傳感裝置獲得鉆井液的剪切應力值。本發明的連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置能更準確地連續測量鉆井液的剪切應力。

技術領域

本發明涉及鉆井液性能測量技術領域，具體涉及一種連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置。

背景技術

在鉆井工程領域，鉆井液剪切應力是評價鉆井液性能適應性的重要指標參數。現有的用于測量鉆井液剪切應力的裝置主要包括手動FANN35粘度計和連續自動測量鉆井液剪切應力裝置。

現有技術中的手動FANN35粘度計主要由外筒、內筒、彈簧、刻度盤、轉子、懸錘組成，其測量過程是：當外筒以某一恒速旋轉時，帶動環隙里的鉆井液旋轉。由于鉆井液的粘滯性，使與扭簧連接在一起的內筒轉動一個角度。根據牛頓內摩擦定律，轉動角度的大小與鉆井液的所受到的剪切應力成正比，鉆井液粘度的測量就變為內筒轉角的測量，轉角的大小可以從刻度盤上直接讀出。

現有技術中的連續自動測量鉆井液剪切應力裝置主要由泵入系統、流量無級調節系統、流道、LCT罐、泥漿罐等組成，其測量過程是：通過泵入系統，經過流量無級調節系統，把鉆井液運送到流道，其流道采用了變徑異型管，在流道上布置若干壓力采樣點，利用水力學模型，通過測量到的壓力點來反演得到鉆井液的剪切應力。

而對于上述兩種現有的測量鉆井液剪切應力裝置，FANN35粘度計無法做到連續和自動測量鉆井液的剪切應力；連續自動測量鉆井液剪切應力裝置，雖可以做到連續測量和自動測量，但其測量原理是通過采集流道上的壓力數據來反演得到鉆井液剪切應力，并非直接測量，其準確性無法保證。

發明內容

為了更準確地連續測量鉆井液的剪切應力，本發明提出了一種連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置。

根據本發明的連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置，包括：殼體，殼體上形成有相對設置的用于泵入鉆井液的入口和泵出鉆井液的出口，固定在殼體內的定子內筒，同軸位于定子內筒的外周的轉子外筒，與定子內筒相連的扭矩傳感裝置，以及與轉子外筒相連且位于殼體外部的驅動電機。其中，定子內筒與轉子外筒之間形成有環空測量段，轉子外筒上形成有用于流入鉆井液的開口，驅動電機驅動轉子外筒相對于定子內筒轉動以帶動經開口進入環空測量段的鉆井液旋轉流動，旋轉流動的鉆井液帶動定子內筒產生扭矩并通過扭矩傳感裝置獲得鉆井液的剪切應力值。

進一步地，定子內筒的軸線垂直于入口與出口的連線。

進一步地，扭矩傳感裝置包括與定子內筒相連的扭力元件，位于殼體的外壁上的旋轉變壓器以及與旋轉變壓器相連的扭力傳感器，其中，扭力元件固定在殼體的內壁上，旋轉變壓器用于將扭力元件產生的角度偏轉信號傳遞至扭矩傳感器，扭矩傳感器用于將角度偏轉信號轉換成剪切應力的電信號。

進一步地，轉子外筒構造為在其徑向上與入口和出口之間均形成有間距，在其軸向上形成有開口的區域完全覆蓋入口和出口。

進一步地，開口的個數為多個，且均勻分布在轉子外筒上。

進一步地，間距的范圍為1.5至2.5cm，轉子外筒與定子內筒之間的間隔的范圍為1.5至2.5cm。

進一步地，殼體上形成有用于穿過驅動電機的驅動軸的安裝軸孔，驅動軸與安裝軸孔之間設置有密封件。

進一步地，連續測量鉆井液剪切應力的實驗裝置還包括用于對密封件進行密封降溫的冷卻部件。