[发明专利]一种石油钻井液性能参数测量及传输装置

权利要求书

1.一种石油钻井液性能参数测量及传输装置，由进气管端头(1)、进水管端头(2)、激光测距模块(3)、进液管端头(4)、激光模块横梁(5)、含砂进液筒(6)、含砂进液阀(7)、含砂电机(8)、固相含砂齿轮组(9)、含砂旋转接头(10)、失水压筒(11)、含砂进水管(12)、含砂滤网(13)、含砂量筒(14)、含砂阀(15)、固相量液筒(16)、激光模块轴承(17)、含砂量筒阀(18)、油水分界检测器(19)、马氏漏斗(20)、流变性电机(21)、上压力传感器(22)、旋转测量头(23)、主轴筒(24)、取液管(25)、驱动筒(26)、驱动筒电磁铁(27)、流变性量液杯(28)、倒液槽及回液管(29)、风扇(30)、电动阀门(31)、上层平台(32)、同步主动轮(33)、流变性旋转电机(34)、同步带(35)、主轴筒同步轮(36)、主轴筒轴承(37)、抽液泵电机(38)、控制箱及单片机(39)、丝杠及螺母(40)、无线数传模块(41)、泵活塞(42)、抽液泵(43)、泵进口阀门及管线(44)、激光模块旋转轴(45)、箱体(46)、废液管线(47)、进排水阀及水管线(48)、废液池(49)、流变性进液阀(50)、下压力传感器(51)、流变性旋转接头(52)、底层平台(53)、激光模块主动轮(54)、激光模块电机(55)、激光模块同步带(56)、激光模块旋转平台(57)、进液阀(58)、进水阀(59)、失水量筒(60)、PH值检测传感器模块(61)、滤纸筒及电机(62)、滤纸筒及电机支架(63)、滤纸(64)、失水进液阀(65)、失水导液管(66)、含砂进水阀(67)、失水清洗头(68)、失水清洗阀(69)、失水压力传感器(70)、失水积液漏斗(71)、失水取液器(72)、失水电容传感器(73)、失水滤失筒(74)、失水弹簧腔(75)、失水进液筒(76)、失水进气阀(77)、失水放气阀(78)、气罐(79)、气泵(80)、蓄水槽(81)、水泵(82)、加热套(83)、失水弹簧腔键(84)、失水弹簧(85)、固相刮泥塞（86）、固相清洗阀(87)、固相盛液杯(88)、固相加热器(89)、固相清洗头(90)、固相刮泥塞轴(91)、固相电容传感器(92)、固相喇叭口(93)、固相出气管(94)、固相蒸发罩(95)、冷凝器(96)、固相游车(97)、固相进液阀(98)、固相丝杠螺母(99)、固相电机(100)、固相滑轨(101)、失水齿轮组(102)、固相进液筒(103)、失水方杆(104)、失水螺母(105)、失水丝杠(106)、失水轴承(107)、失水减速电机(108)、LCD按键屏(109)、失水筒(110)、远程无线终端(111)组成，该装置结构组装关系如下，装置箱体(46)安装在振动筛后的钻井泥浆罐上，箱体(46)的外侧设有与内部抽液泵(43)连接的钻井液进口管线，与内部废液池(49)连接的废液管线(47)，与蓄水槽(81)及进排水阀及水管线(48)连接的水管线，与内部电力设施连接的电源线，箱体(46)内四周设有碳纤维加热及保温层，在箱体(46)的一侧设有与箱壁固定连接二层的平台，底层平台(53)中间开孔，孔内设有主轴筒轴承(37)，主轴筒轴承(37)内设主轴筒(24)，主轴筒(24)为一管形中空的筒轴，筒轴上设有一个主轴筒同步轮(36)，主轴筒同步轮(36)与筒轴由键槽固定，在底层平台(53)的一侧设有带有流变性旋转电机(34)的同步主动轮(33)，流变性旋转电机(34)固定在底层平台(53)上，同步主动轮(33)与主轴筒同步轮(36)之间由同步带(35)连接；在底层平台(53)上设有控制箱及单片机(39)，控制箱及单片机(39)连接有无线数传模块(41);在底层平台(53)的上部设有一个中间带孔的上层平台(32)，上层平台(32)周界设有一圈呈深沟的倒液槽，倒液槽侧面开孔连接有回液管，回液管连接废液池(49)；上层平台(32)中间设置成高台，高台上设有若干个按照上层平台(32)开孔呈圆周均布的流变性量液杯(28)，每个流变性量液杯(28)开口处设有一个支架，支架上设有外转筒轴承，外转筒轴承轴套内设有一底部通透的外转筒，外转筒内设有内筒，内筒的直径比外转筒小一些，内筒上设有轴，轴顶部设有圆形铁芯的内筒轴及铁芯，外转筒底部四周设有若干个向内伸出的微台阶，内筒可以坐在微台阶上，流变性量液杯(28)侧面靠近底部设有一段与杯内连通的管，管上设有电动阀门(31)；底层平台(53)附近设有一抽液泵(43)，抽液泵(43)的入口设有泵进口阀门及管线(44)，泵的出口设有流变性进液阀(50)，泵进口阀门及管线(44)和流变性进液阀(50)均为电磁阀，流变性进液阀(50)的一端设有取液管(25)，取液管(25)上连接有流变性进液阀(50)及下压力传感器(51)，接下来取液管(25)连接一个输送流体密闭能转动的旋转接头，取液管(25)穿过旋转接头从主轴筒(24)顶部探出，此处取液管(25)连接有上压力传感器(22)，取液管(25)端头设有向下的弯头，弯头口与设在下面的马氏漏斗(20)开口相对，马氏漏斗(20)的底部设有一个电磁阀门，马氏漏斗(20)的出口处设有一倒液槽，倒液槽的低端设有取液管(25)，取液管(25)下方可对准流变性量液杯(28)开口处；在旋转测量头(23)一侧还设有一个立柱，立柱随着旋转测量头(23)动作，立柱上两只风扇(30)，风扇(30)分别朝向流变性量液杯(28)口和倒液槽及回液管(29)；旋转测量头(23)外部设有驱动筒(26)，在驱动筒(26)底部设有环形的驱动筒电磁铁(27)；旋转测量头(23)基座固定在主轴筒(24)的上端，当主轴筒(24)旋转带动旋转测量头(23)旋转时，旋转测量头(23)上的驱动筒电磁铁(27)可与设置在上层平台(32)上的流变性量液杯(28)口正对；在上层平台(32)一侧，设有由上下两个轴承组成的激光模块轴承(17)，设在两个轴承内部的激光测距模块(3)旋转轴的顶部设有一个激光模块横梁(5)，激光模块横梁(5)的一端设有激光测距模块(3)，激光测距模块(3)的激光发射及接收头朝下，在激光测距模块(3)的两侧分别设有进液管端头(4)、进气管端头(1)和进水管端头(2)，三只端头均朝下设置，进液管端头(4)由管线沿着激光模块横梁(5)由中空的激光模块旋转轴(45)内穿过，从轴的底部引出，管线的另一端与进液阀(58)连接，进水管端头(2)由管线沿着激光模块横梁(5)由中空的激光模块旋转轴(45)内穿过，从轴的底部引出，管线的另一端与进水阀(59)连接，进气管端头(1)由管线沿着激光模块横梁(5)由中空的激光模块旋转轴(45)内穿过，从轴的底部引出，管线的另一端与气泵(80)连接；激光模块横梁(5)靠近激光模块旋转轴(45)的一端向下引出一支架，支架端头设有油水分界检测器(19)，油水分界检测器(19)的仪器面与激光模块旋转轴(45)呈径向朝外设置；激光模块旋转轴(45)的底部设有与其连接的激光模块旋转平台(57)，周边设有一个激光模块电机(55)及主动轮，由激光模块同步带(56)将激光模块电机(55)及主动轮与激光模块旋转平台(57)连接，激光模块电机(55)及主动轮上设有驱动电机；当系统控制电机旋转并带动激光模块电机(55)及主动轮、激光模块旋转平台(57)及激光模块旋转轴(45)转动时带动激光模块横梁(5)转动，设在激光模块横梁(5)端头的激光测距模块(3)发出激光束也随之旋转，其激光束射线圆周运动可抵达马氏漏斗(20)的中心，抵达含砂量筒(14)的中心，抵达失水量筒(60)的中心，抵达固相量液筒(16)的中心，可以抵达设在滤纸(64)上泥饼的中心，可以穿越外转筒和外转筒轴承之间空隙对准流变性量液杯(28)的底部，可以抵达含砂进液筒(6)开口中心，可以抵达失水进液筒(76) 开口中心，可以抵达固相进液筒(103) 开口中心；进气管端头(1)、进水管端头(2)和进液管端头(4)也可随激光模块横梁(5)转动，分别抵达含砂进液筒(6)、失水进液筒(76)、固相进液筒(103)、含砂量筒(14)、失水量筒(60)、固相量液筒(16)、马氏漏斗(20)各量器的开口中心；油水分界检测器(19)可随激光模块旋转轴(45)转动，可将油水分界检测器(19)正对准含砂量筒(14)，可将油水分界检测器(19)正对失水量筒(60)，可将油水分界检测器(19)正对固相量液筒(16)；在激光模块旋转轴(45)的一侧，设有含砂基座，含砂基座上设有两只相互啮合齿轮的含砂齿轮组(9)，在含砂基座上并排设有含砂旋转接头(10)及含砂电机(8)，含砂旋转接头(10)轴与含砂齿轮组(9)其中一个齿轮连接，含砂电机(8)轴与含砂齿轮组(9)的另一齿轮连接，含砂旋转接头(10)的一端设有含砂进液管，含砂进液管由含砂进液阀(7)与含砂进液筒(6)连接，设在含砂旋转接头(10)另一端的含砂进液管接入含砂量筒(14)，含砂量筒(14)呈纺锤形，其上边设有开口，含砂进水管(12)的出口朝下对着含砂量筒(14)开口，其底部设有含砂阀(15)，在含砂进水管(12)下的中间大口径部位设有一个中间设有光学玻璃的含砂滤网(13)，含砂滤网(13)目数达到含砂计量标准，含砂阀(15)为三位的电磁阀，可以实现开阀、关阀及筛网过滤阀三种状态，筛网过滤阀的目数比含砂滤网(13)的目数高得很多；在激光模块旋转轴(45)的一侧设有失水筒(110)，失水筒(110)的顶部设有一个失水轴承(107)，其下设有失水齿轮组(102), 失水齿轮组(102)为相互啮合的一对齿轮，失水齿轮组(102)主动轮连接有失水减速电机(108)轴，失水齿轮组(102)从动齿轮与失水螺母(105)固定连接，失水丝杠(106)的一端的光轴与失水轴承(107)连接，失水丝杠(106)的另一端设有一个四棱方柱状的失水方杆(104)；失水筒(110)的下部设有设有失水压筒(11)，失水压筒(11)上设有一个圆筒形的失水弹簧腔(75)，内设有失水弹簧(85)，失水弹簧腔(75)顶部设有开方形口，失水丝杠(106)下设的失水方杆(104)穿过方孔由挡环固定，挡环可压迫失水弹簧(85)在失水弹簧腔(75)内伸缩，失水弹簧腔(75)侧面设有失水弹簧腔键(84)，失水弹簧腔键(84)固定在失水筒(110)上，失水弹簧腔(75)及与其连接的失水压筒(11)只能沿着失水弹簧腔键(84)及键槽方向下移动而不能转动，失水压筒(11)是下部敞口筒，失水压筒(11)在失水压筒(11)侧面设有失水加热器(90)，一个失水压力传感器(70)穿过失水加热器(90)连接到失水压筒(11)内，在失水压筒(11)侧面设有失水放气阀(78)、失水进气阀(77)、失水进水阀、失水进液阀(65)，失水进气阀通过管线连接到气罐(79)连接，在失水筒(110)内的下部左右侧各设有一开口，左右两个滤纸(64)卷有滤纸从开口中穿过，覆盖在失水滤失筒(74)的上部，左右两个滤纸(64)设置在滤纸筒及电机支架(63)上，其中一个滤纸(64)与驱动电机连接，另一个滤纸(64)轴上连接有卷簧，在失水筒(110)内的下部设有一个呈圆柱筒上设圆形盖板的失水滤失筒(74)，失水滤失筒(74)的盖板中心设有一个小失水滤液孔(147)，盖板上设有一片圆形失水滤网(146)盖住失水滤液孔(147)，失水滤网(146)的四周设有一圈密封槽，内设失水密封圈(148)，失水滤失筒(74)盖板的下方设有一个失水积液漏斗(71)，失水积液漏斗(71)出口处对设有两片金属板，两片金属板分别连接正负极性的电极，组成极板式的失水电容传感器(73)，失水电容传感器(73)与检测电路板连接；失水取液器(72)的底侧设有失水导液管(66)，失水导液管(66)的另一端与失水量筒(60)连接，失水量筒(60)底部设有失水量筒阀(61)；在激光模块旋转轴(45)的一侧的箱体(46)壁上设有一个固相滑轨(101)，固相滑轨(101)上设有固相游车(97)，与固相游车(97)连接有固相丝杠螺母(99)的螺母，固相丝杠螺母(99)的丝杠连接有固相电机(100)轴，固相游车(97)与固相蒸发罩(95)连接，在固相蒸发罩(95)下与其正对设有一个固相盛液杯(88)，固相盛液杯(88)开口与上部固相蒸发罩(95)开口相对应，固相进液筒(103)由管线连接固相进液阀(98),最后穿过固相盛液杯(88)杯壁进入杯中;固相盛液杯(88)的四周设有固相加热器(89)，固相清洗头(90)朝向固相盛液杯(88)杯口，固相清洗头(90)的连接固相清洗阀(87)连接到水泵(82)上；固相清洗阀(87)侧面设有与气泵(80)连接的固相清洗头(90)；固相蒸发罩(95)的内设有一个固相刮泥塞杆(91)，固相刮泥塞杆(91)底端与固相刮泥塞(86)连接，固相刮泥塞(86)的周边设有密封槽及耐温密封圈，与固相盛液杯(88)内壁圆筒紧密配合，当固相蒸发罩(95)盖在固相盛液筒上密封时，固相刮泥塞(86)恰好抵紧固相盛液筒的底面；固相蒸发罩(95)的一侧设有一个固相出气管(94)与冷凝器(96)的入口端连接，冷凝器(96)为块状金属，其内部设有一光滑的孔道，孔道从块状金属的高端进入，由块状金属的低端引出，冷凝器(96)与固相蒸发罩(95)设置成一体，冷凝器(96)可随固相蒸发罩(95)沿垂直放向移动，冷凝器(96)出口端下设一个朝上的固相喇叭口(93)，固相喇叭口(93)的另一端连接到固相量液筒(16)上，固相喇叭口(93)上部与冷凝器(96)的低端出口之间，靠近固相喇叭口(93)对设有两片金属板，两片金属板分别连接正负极性的电极，组成极板式的固相电容传感器(92)，固相电容传感器(92)与检测电路板连接；在箱体(46)的表面设有LCD按键屏(109)，LCD按键屏(109)与控制箱及单片机(39)由数据线缆连接，显示装置当前工作状态、检测的参数值、电源及故障提示；LCD按键屏(109)、激光测距模块(3)、失水减速电机(108)、含砂电机(8)、含砂阀(15)、含砂量筒阀(18)、流变性电机(21)、电动阀门(31)、上压力传感器(22)、驱动筒电磁铁(27)、风扇(30)、电动阀门(31)、流变性旋转电机(34)、抽液泵电机(38)、激光模块电机(55)及主动轮、无线数传模块(41)、流变性进液阀(50)、泵进口阀门及管线(44)、吸排水阀、下压力传感器(51)、PH值检测传感器模块(61)，滤纸筒及电机(62)、含砂进液阀(7)、含砂进水阀(67)、失水清洗阀(69)、失水进液阀(77)、失水放气阀(78)、气泵(80)、固相进液阀(98)、水泵(82)、固相加热套(83)、固相清洗阀(87)、固相加热器(89)、固相丝杠螺母(99)、固相电容传感器(92)、固相电机(100)、油水分界检测器(19)分别通过数据及动力线缆与控制箱及单片机(39)连接，失水减速电机(108)、含砂电机(8)、流变性电机(21)、流变性旋转电机(34)、抽液泵电机(38)、滤纸筒及电机(62)、固相电机(100)分别通过动力及信号线与控制箱及单片机(39)连接，每个电机在其轴与固定架之间分别设置一个磁编码器，每个磁编码器的信号线缆与控制箱及单片机(39)连接，装置中的各种水阀通过水管路连接到水泵(82)上，装置中的各种取液阀通过液管路连接到抽液泵(43)上，装置中的远程无线终端(111)通过终端上的无线数传模块(41)与控制箱及单片机(39)的无线数传模块(41)无线通讯连接，远程无线终端(111)与网络连接；控制箱及单片机(39)上设有微控器、时钟、继电器、温度传感器；图1中所示的失水减速电机(108)、含砂电机(8)、流变性电机(21)、流变性旋转电机(34)、抽液泵电机(38)、激光模块主动轮(54)及电机、滤纸筒及电机(62)、固相电机(100)，每个电机在其轴与固定架之间分别设置一个磁编码器，每个磁编码器信号线缆与控制箱及单片机(39)连接，控制箱及单片机(39)设有一电源线由接头穿过箱体(46)引出到箱外。