扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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，主要有以下研宄成果:
[0004]美国Cambridge研宄院研制的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25 μπι，而原油内颗粒物普遍大于100 μ m ;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。
[0005]德国Marimex研宄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°C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。
[0006]国内方面，早期的研宄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，并进一步研宄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。
[0007]近年来，关于粘度测量的研宄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。
[0008]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】
[0009]本实用新型的目的在于:克服现有技术的不足，提供一种扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，通过将扭矩微振式粘度计设于钻头的传动杆内，便于工作人员在钻井探井的同时，可以直接测得地下油层中油的粘性，由此可以直接判断该油层的石油是否适合开采，降低了工作人员的劳动强度，提高了生产效率；钻头进入油层后继续向下钻一段时间，石油起到了冷却钻头的作用，并且扭矩微振式粘度计与温度较高的钻头有一段距离，所测量的石油受钻头温度影响较小，通过测头底部的温度传感器以及控温层的作用，使所测是有的温度在规定范围内，保证测量效果的精确性；
[0010]通过光纤布拉格光栅进行测振，不仅可以避免出现传统扭振式粘度计采用的电类传感器作为振动敏感器件，在石油采集现场会受到电磁干扰、高温高压等因素影响，无法保证测量精度的现象，而且通过光纤布拉格光栅的作用，对控制器进行反馈，使控制器提供驱动线圈补偿电流，以使测头的摆动幅度在测量石油粘性期间可以维持不变；
[0011]通过护板和连接板的作用形成油槽，使得测头所测量的石油在相对稳定的环境内，提高了测量精确度；
[0012]在钻井过程中，通过护板的作用，防止土层中的杂质对扭矩微振式粘度计造成损坏；
[0013]在钻井过程中，通过压力传感器的作用，实时监测钻头所受的压力，并根据压力值判断钻井状态。
[0014]本实用新型所采取的技术方案是:
[0015]扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，包括传动杆，所述传动杆的底端连接有钻头，传动杆的另一端与钻井驱动装置传动连接，所述钻头通过过渡杆与传动杆连接，所述传动杆的底部设有空腔A，所述空腔A的上部与外界连通，空腔A的底板上表面设有温控层，空腔A内设有扭矩微振式粘度计，所述扭矩微振式粘度计外表面的底部设有温度传感器，所述过渡杆的底部与钻头顶部固定，过渡杆与传动杆通过活塞活动连接，所述活塞固定于过渡杆，活塞的活塞杆端部与空腔A的底板固定，所述过渡杆的顶部边沿向上设有护板，所述传动杆和扭矩微振式粘度计分别通过控制器控制。
[0016]本实用新型进一步改进方案是，所述扭矩微振式粘度计包括固定参考轴，所述固定参考轴从上至下依次套置有悬梁、驱动杆、从动套和测头，所述固定参考轴的顶部固定于传动杆内，底部伸入测头内；所述悬梁、驱动杆、从动套和测头均与固定参考轴转动连接，悬梁和测头的上下方向分别通过固定参考轴限位，所述悬梁与驱动杆的顶部固定，所述从动套的底部与测头固定，所述驱动杆与从动套转动连接，所述悬梁设于传动杆的空腔B内，所述空腔B内设有悬梁驱动装置，所述固定参考轴底部通过等强度悬臂梁与测头的内壁连接，所述等强度悬臂梁上设有光纤布拉格光栅。
[0017]本实用新型更进一步改进方案是，所述悬梁驱动装置包括设于悬梁两侧端部位置处的磁极片，还包括固定于空腔B内壁、对应于磁极片位置处的驱动线圈。
[0018]本实用新型更进一步改进方案是，所述等强度悬臂梁水平设置，所述等强度悬臂梁较宽的一端与固定参考轴固定，等强度悬臂梁较窄的一端与测头内侧壁固定。
[0019]本实用新型更进一步改进方案是，所述固定参考轴与悬梁之间、固定参考轴与驱动杆、固定参考轴与测头之间、驱动杆与传动杆之间分别通过轴承转动连接，驱动杆与从动套之间通过扭力弹簧连接。
[0020]本实用新型更进一步改进方案是，所述光纤布拉格光栅、温度传感器和温控层通过导线与控制器导电连接，所述光纤布拉格光栅的导线穿过固定参考轴所设的通孔A以及传动杆所设的通孔B与控制器导电连接，所述温度传感器的导线穿过测头、固定参考轴所设的通孔A以及传动杆所设的通孔B与控制器导电连接，所述温控层的导线穿过传动杆所设的通孔B与控制器导电连接。
[0021]本实用新型更进一步改进方案是，当活塞杆退回活塞内至最大行程时，所述护板将空腔A与外界隔开。
[0022]本实用新型更进一步改进方案是，所述空腔A的底板通过边沿所设的连接板与传动杆固定连接，相邻的连接板之间设有间隙，所述间隙与护板匹配。
[0023]本实用新型更进一步改进方案是，当活塞杆伸出活塞至最大行程时，护板的顶部高于测头的顶部。
[0024]本实用新型更进一步改进方案是，所述过渡板与钻头的连接处设有压力传感器，所述压力传感器通过导线与控制器导电连接，所述压力传感器导线穿过过渡杆所设的通孔C以及传动杆所设的通孔B与控制器导电连接。
[0025]本实用新型的有益效果在于:
[0026]第一、本实用新型的扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，通过将扭矩微振式粘度计设于钻头的传动杆内，便于工作人员在钻井探井的同时，可以直接测得地下油层中油的粘性，由此可以直接判断该油层的石油是否适合开采，降低了工作人员的劳动强度，提高了生产效率；钻头进入油层后继续向下钻一段时间，石油起到了冷却钻头的作用，并且扭矩微振式粘度计与温度较高的钻头有一段距离，所测量的石油受钻头温度影响较小，通过测头底部的温度传感器以及控温层的作用，使所测是有的温度在规定范围内，保证测量效果的精确性。
[0027]第二、本实用新型的扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，通过光纤布拉格光栅进行测振，不仅可以避免出现传统扭振式粘度计采用的电类传感器作为振动敏感器件，在石油采集现场会受到电磁干扰、高温高压等因素影响，无法保证测量精度的现象，而且通过光纤布拉格光栅的作用，对控制器进行反馈，使控制器提供驱动线圈补偿电流，以使测头的摆动幅度在测量石油粘性期间可以维持不变。
[0028]第三、本实用新型的扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，通过护板和连接板的作用形成油槽，使得测头所测量的石油在相对稳定的环境内，提高了测量精确度。
[0029]第四、本实用新型的扭矩微振式粘度钻井在线恒温测量仪，在钻井过程中，通过护板的作用，防止