鉆井石油粘度在線恒溫雙測儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油鉆井監測領域，具體涉及一種鉆井石油粘度在線恒溫雙測儀。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]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，主要有以下研宄成果:
[0004]美國Cambridge研宄院研制的CAS型在線粘度計，采用不銹鋼活塞A，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A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A，而每種活塞A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A正常往復運動，要求顆粒物直徑最大不得超過25 μ m，而原油內顆粒物普遍大于100 μ m ;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。
[0005]德國Marimex研宄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°C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。總之，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。
[0006]國內方面，早期的研宄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，并進一步研宄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。
[0007]近年來，關于粘度測量的研宄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。
[0008]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。
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的在于:克服現有技術的不足，提供一種鉆井石油粘度在線恒溫雙測儀，通過將扭矩微振式粘度計和旋轉粘度計設于鉆頭的傳動桿內，便于工作人員在鉆井探井的同時，可以直接測得地下油層中油的粘性，由此可以直接判斷該油層的石油是否適合開采，降低了工作人員的勞動強度，提高了生產效率；鉆頭進入油層后繼續向下鉆一段時間，石油起到了冷卻鉆頭的作用，并且扭矩微振式粘度計與溫度較高的鉆頭有一段距離，所測量的石油受鉆頭溫度影響較小，通過測頭底部的溫度傳感器以及控溫層的作用，使所測是有的溫度在規定范圍內，保證測量效果的精確性；
[0010]通過光纖布拉格光柵進行測振，不僅可以避免出現傳統扭振式粘度計采用的電類傳感器作為振動敏感器件，在石油采集現場會受到電磁干擾、高溫高壓等因素影響，無法保證測量精度的現象，而且通過光纖布拉格光柵的作用，對控制器進行反饋，使控制器提供驅動線圈補償電流，以使測頭的擺動幅度在測量石油粘性期間可以維持不變；
[0011]通過護板和連接板的作用形成油槽，使得測頭所測量的石油在相對穩定的環境內，提高了測量精確度；
[0012]在鉆井過程中，通過護板的作用，防止土層中的雜質對扭矩微振式粘度計造成損壞；
[0013]旋轉粘度計不使用的時候，旋轉粘度計的葉片組成腔壁，在鉆頭進行鉆井的時候對旋轉粘度計起保護作用；當旋轉粘度計使用的時候，由于力矩的原理，葉片可以放大石油粘度對旋轉粘度計的阻力，提高了測量的精度；
[0014]在鉆井過程中，通過壓力傳感器的作用，實時監測鉆頭所受的壓力，并根據壓力值判斷鉆井狀態。
[0015]本實用新型所采取的技術方案是:
[0016]鉆井石油粘度在線恒溫雙測儀，包括傳動桿，所述傳動桿的底端連接有鉆頭，傳動桿的另一端與鉆井驅動裝置傳動連接，所述鉆頭通過過渡桿與傳動桿連接，所述傳動桿從下向上依次設有空腔A和空腔B，所述空腔A設于傳動桿的底部，所述空腔A的上部與外界連通，空腔A的底板上表面設有溫控層，空腔A內設有扭矩微振式粘度計，所述扭矩微振式粘度計外表面的底部設有溫度傳感器，所述空腔B內設有旋轉粘度計，所述過渡桿的底部與鉆頭頂部固定，過渡桿與傳動桿通過活塞A活動連接，所述活塞A固定于過渡桿上，活塞A的活塞桿A端部與空腔A的底板固定，所述過渡桿的頂部邊沿向上設有護板，所述傳動桿、扭矩微振式粘度計和旋轉粘度計分別通過控制器控制。
[0017]本實用新型進一步改進方案是，所述扭矩微振式粘度計包括固定參考軸，所述固定參考軸從上至下依次套置有懸梁、驅動桿、從動套和測頭，所述固定參考軸的頂部固定于傳動桿內，底部伸入測頭內；所述懸梁、驅動桿、從動套和測頭均與固定參考軸轉動連接，懸梁和測頭的上下方向分別通過固定參考軸限位，所述懸梁與驅動桿的頂部固定，所述從動套的底部與測頭固定，所述驅動桿與從動套轉動連接，所述懸梁設于傳動桿的空腔B內，所述空腔B內設有懸梁驅動裝置，所述固定參考軸底部通過等強度懸臂梁與測頭的內壁連接，所述等強度懸臂梁上設有光纖布拉格光柵。
[0018]本實用新型更進一步改進方案是，所述懸梁驅動裝置包括設于懸梁兩側端部位置處的磁極片，還包括固定于空腔B內壁、對應于磁極片位置處的驅動線圈。
[0019]本實用新型更進一步改進方案是，所述等強度懸臂梁水平設置，所述等強度懸臂梁較寬的一端與固定參考軸固定，等強度懸臂梁較窄的一端與測頭內側壁固定。
[0020]本實用新型更進一步改進方案是，所述固定參考軸與懸梁之間、固定參考軸與驅動桿之間、固定參考軸與測頭之間、驅動桿與傳動桿之間分別通過軸承轉動連接，驅動桿與從動套之間通過扭力彈簧A連接。
[0021]本實用新型更進一步改進方案是，所述光纖布拉格光柵、溫度傳感器和溫控層通過導線與控制器導電連接，所述光纖布拉格光柵的導線穿過固定參考軸所設的通孔A以及傳動桿所設的通孔B與控制器導電連接，所述溫度傳感器的導線穿過測頭、固定參考軸所設的通孔A以及傳動桿所設的通孔B與控制器導電連接，所述溫控層的導線穿過傳動桿所設