[实用新型]扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻井监测领域，具体涉及一种扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪。

背景技术

在钻井的时候，一旦探到油层之后，需要对油层的粘度进行检测，一确定该油层的石油是否适合开采。而目前大多数钻井后，对于石油粘度的检测都是现场曲阳之后，运送到实验室进行检测，这种方式不仅效率较低，延长了钻井时间，增加了劳动强度。所以在钻井同时进行在线测量石油粘度是发展方向。

国外在原油粘度在线测量方面起步较早，但关于成熟技术的相关资料较少，主要是由于该类技术关系国家命脉，因此存在技术封锁。据可查阅资料表明，主要有以下研究成果：

美国Cambridge研究院研制的CAS型在线粘度计，采用不锈钢活塞，在小型测量腔内的被测液体(<2mL)中，被电磁力驱动而进行直线式往复运动，搭配专用电路系统及液体温度监测模块，基于电磁感应效应获取活塞的前后运行时间，实现对粘度的测量，精度最高可达到±1%。该方法具有低成本、小型化、精度高等优点，但在测量不同量程时需更换特定尺寸活塞，而每种活塞可测量程较小，不适用于粘度范围较大的井下原油；并且，为了保证活塞正常往复运动，要求颗粒物直径最大不得超过25μm，而原油内颗粒物普遍大于100μm；此外，测头与仪器箱采用4.57m标准线缆连接，无法实现井下长距离传输；同时，要求使用特制溶液对测头进行浸泡及清洗维护，否则会发生粘胶。由此可见，对于原油在线测量，CAS型在线粘度计尚不具备应用条件。

德国Marimex研究院提出了一种扭矩微振式（简称：扭振式）粘度测量方法，并已形成系列产品。该方法采用强制振动式测量原理，由电磁线圈驱动永磁梁产生一定频率的扭转式振动，通过传动轴将振动传递至与油液相接触的传感测头，由于传感测头在不同粘度液体下的粘性损耗不同，会对其振幅产生影响，为使测头维持恒定的振幅，则需对电磁线圈驱动力加以控制。此时，所补充的电参量与液体粘度之间产生了对应关系，通过建立数学模型，则可准确计算液体粘度值。该方法具有结构简单，隔离性好，易于维护等特点，而且可实现较大的量程，在一些工业现场中已有实际应用。然而，该方法对于井下原油在线测量仍存在不足。首先，传感测头内安装的用于测量振幅的传感器仍为电类元件，在100℃以上的环境温度下无法正常工作，且在伴有电磁干扰环境下，以及井下长距离通讯时，对电类信号的影响也较为严重；另外，由于本身采用了振动式测量原理，因此外部机械装置（如柱塞泵）产生的振动对其测量同样会产生较大影响，严重时甚至无法获得测量数据。总之，现有的扭振式测量原理及产品在现场恶劣环境下应用仍然存在诸多问题。

国内方面，早期的研究成果大多着重于井下油液粘度数值模拟及估计，如Sun将基于模糊c均值聚类算法的多模型建模方法与径向基函数神经网络相结合，建立了橡胶混炼过程控制中的粘度软测量模型，取得了较好的效果，但该方法需要大量样本数据进行网络训练，对加权系数和模糊隶属度函数的选取也具有一定的主观性；Chen采用支持向量机方法建立了聚酯粘度的增量软测量模型，并进一步研究了支持向量机的容许误差，以及核函数对其建模的影响，但由于支持向量机同样是一种基于样本的学习方法，因此训练样本与核函数的选择对测量精度影响较大。

近年来，关于粘度测量的研究逐渐向着实用化领域发展，如Du提出的基于超声波传感原理的粘度测量仪，可在固体状态下测量粘度，简化了粘度测量过程，具有体积小、质量轻和测量迅速等特点，已成功运行在聚酯切片检验中，但受超声波盲区影响，该方法在特定量程范围内精度不高，且对超声波传感器的安装精度要求较高，外界机械振动对其影响较大，在原油现场测量效果还有待商榷；由深圳先波科技研制的在线液体粘度仪，实现了润滑油粘度的在线动态监测，分辨率可达0.5cP，响应时间小于2 秒，但由于该设备采用压电传感器作为敏感器件，对驱动电源要求较高，且仅适用于常压下的低粘度液体（<500cp），无法满足现场原油的测量需求。

但实际在线测量石油粘度的过程中，还会遇到多种问题，其中最主要的一个就是温度的影响，石油的粘度会随着温度的改变而改变。

发明内容