专利名称：无线智能在线式粘度仪的制作方法
技术领域：
本发明属钻井液/泥浆流变性能的实时监测仪器，尤其涉及一种在钻井现场实时 随钻监测钻井液流变性的无线智能在线式粘度仪。
背景技术：
目前现场所使用的测量钻井液(泥浆) 流变性能的仪器为传统的机械六速粘度 仪，存在以下缺点1、仪器为实验室类型仪器，测量样品需要间隔固定时间人工捞取，不可能随钻实 时测量记录泥浆的流变性能，需要工程师做大量现场工作；2、仪器为机械手工操作，换档、读数等都会因为操作人员的素质差异而造成测量 结果的差异，造成数据的不规范；3、仪器的测量部件为扭力弹簧，需要经常校正，否则仪器差异性会变大；4、机械仪器的数据归档整理等工作都需要人工后续完成。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种无线智能在线式粘度仪，其可解 决传统粘度仪的缺陷，替代目前广泛使用的机械六速粘度仪，能够在六档API剪切率下实 时在线测量泥浆粘度，参数数据、回馈控制，可为泥浆工程师提供准确、稳定、便利的实时 粘度数据，降低现场工程师的劳动强度。为达到上述目的，本发明是这样实现的一种无线智能在线式粘度仪，它包括粘度采集机构、测量模块、控制模块、无线数 据传输模块、总线/以太网转换模块及计算机系统模块；所述控制模块的传输端口分别接 测量模块与无线数据传输模块的端口 ；所述无线数据传输模块的传输端口经总线/以太网 转换模块与计算机系统模块的传输端口相接；所述测量模块测量接收粘度采集机构的粘度 信息；所述控制模块负责与无线数据传输模块通讯，传输采集的测量参数以及完成对测量 模块的自动控制；所述无线数据传输模块负责完成粘度仪无线数据通讯及命令传输。作为一种优选方案，本发明所述粘度采集机构包括步进电机、电机传感片、游丝传 感片、游丝及转子；所述电机传感片与步进电机的输出轴固定相接；所述游丝上端与步进 电机的输出轴固定相接，其下端与转子固定相接；所述游丝传感片与游丝的下端固定相接。本发明带来的主要优点及效果如下1、可以全天24小时不间断实时随钻测量钻井液的流变性能，相比传统人工取样 测量的仪器具有显著进步；2、仪器数据采用数字化采集，软件自动控制、计算储存，准确，规范，易于查询以及
管理；3、系统采用无线数据通讯，现场安装方便，维护简单；4、由于实时测量，使得一口井泥浆流变性能的完整记录得以实现，对于现场工程师的工作具有重大意义； 附图说 明下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为本发明的原理框图；图2为本发明粘度采集机构整体结构示意图。图中1为步进电机；2为电机传感片；3为游丝传感片；4为转子；5为钻井液；6为游丝。
具体实施例方式参见图1所示，一种无线智能在线式粘度仪，它包括粘度采集机构、测量模块、控 制模块、无线数据传输模块、总线/以太网转换模块及计算机系统模块；所述控制模块的传 输端口分别接测量模块与无线数据传输模块的端口 ；所述无线数据传输模块的传输端口经 总线/以太网转换模块与计算机系统模块的传输端口相接；所述测量模块测量接收粘度采 集机构的粘度信息；所述控制模块负责与无线数据传输模块通讯，传输采集的测量参数以 及完成对测量模块的自动控制；所述无线数据传输模块负责完成粘度仪无线数据通讯及命 令传输。本发明所述粘度采集机构包括步进电机1、电机传感片2、游丝传感片3、游丝6及 转子4 ；所述电机传感片2与步进电机1的输出轴固定相接；所述游丝6上端与步进电机1 的输出轴固定相接，其下端与转子4固定相接；所述游丝传感片3与游丝6的下端固定相 接。如图1所示，仪器整体由两部分构成粘度仪部分和无线传输控制部分，两部分相 互依存，构成有机的整体。粘度仪部分主要由专业的粘度仪测量模块以及控制模块构成， 测量模块实现钻井液粘度的测量，控制模块则负责与无线数据传输模块通讯，传输采集的 测量参数以及完成对测量模块的自动控制。无线数据传输模块负责完成粘度仪无线数据通 讯、命令传输等，并通过无线数据网关完成无线数据系统和计算机系统的连接。如图2所示，步进电机1以稳定的速度旋转带动电机传感片2，再通过游丝6和转 轴带动转子4旋转，如果转子4未受液体的阻力，则游丝传感片3与步进电机1的电机传感 片2在同一位置。反之，如果转子4受到液体的粘滞阻力，则游丝6产生扭力与粘滞阻力抗 衡，最后达到平衡，这时分别通过光电传感器并由16位微电脑处理器进行数据处理，计算 出液体粘度值，进而传输给下位机软件系统，计算钻井液的流变参数。基于CAN总线的数据采集系统CAN(ControIler Area Network)意义为控制器局域网，最早是德国博世(BOSCH) 公司为高级汽车应用而开发，目前已经成为国际上应用最广泛的现场总线，被广泛应用于 各种领域。CAN-Bus网络是由CAN节点(CAN NODE)组成的多主机网络，它使用普通双绞线 作为传输介质，采用直线拓朴结构，单条网络线路至少可连接110个节点，网络总长度最大 可达10公里(使用标准CAN收发器PCA82C250/251芯片)。在CAN-Bus网络中，数据收发、 硬件检错均由CAN节点硬件完成，大大增强了 CAN-Bus网络的抗电磁干扰能力，即由硬件来 保证CAN-Bus网络运行的可靠性。
本系统的数据采集由隔爆型防爆盒总成、安全栅母板、安全栅测量模块三个部分 组成。 (a)隔爆型防爆盒总成由专业防爆壳体生产厂家制造，防爆合格证编号及防爆参 数如下防爆等级ExdIIBT6机箱材料炭钢保护等级IP65(b)安全栅母板，是一个水平安装在增安防爆壳体底部的总线板，厚度2. Omm,单 面印制电路板，实现CAN总线、供电、传感器接口的功能，共计有10个插槽，允许最大插入10 个本安防爆隔离栅。每个隔离栅供电、CAN总线对应的防爆保护电路都是独立的，防爆熔断 器等保护元件分成独立的10组装配在该电路板上。这样的设计可以确保每一个防爆单元 电路的独立性，当一个产品故障时，其它测量模块节点不受影响。(c)安全栅测量模块，是本产品的应用功能模块，属于检测端隔离式安全栅，作用 如下(a)为现场两路两线制传感器或者三线制传感器提供隔离电源，同时限制危险能量 从本安端子窜入到危险场所，两路隔离栅电路独立；(b)对传感器信号采集处理后，转换为 隔离的CAN总线信号输出，远端总线设备也可以通过CAN总线对测量模块节点维护。该模 块的其它特点如下非本安端供电、非本安端CAN总线信号接口、本安端传感器供电及信号接口三个 单元电路完全隔离。本安端传感器本安保护电路设计在该模块上。这样确保了，插在母板总线上的本 安电路是各自完全独立的。这样的防爆系统设计，为用户的集成使用提供了极大的方便，用户只需在远端安 全区的机房配置CAN总线接口设备即可搭建数字化总线测量系统，不用再考虑复杂的防爆 隔离栅环节，将大大降低系统搭建、维护成本。基于无线传感器网络的无线传输控制系统功能强、低功耗、应用简单的IEEE 802. 15. 4/ZigBee协议的诞生为无线传感器网 络及大量基于微控制的应用提供了互联互通的国际标准，也为石油钻探仪器仪表行业的无 线监控发展提供了一个契机。近两年无线传感器网络的飞速发展，大量无线设备诞生。目前普遍使用的无线网 络标准如下表示
权利要求
1.一种无线智能在线式粘度仪，其特征在于，包括粘度采集机构、测量模块、控制模块、 无线数据传输模块、总线/以太网转换模块及计算机系统模块；所述控制模块的传输端口 分别接测量模块与无线数据传输模块的端口 ；所述无线数据传输模块的传输端口经总线/ 以太网转换模块与计算机系统模块的传输端口相接；所述测量模块测量接收粘度采集机构 的粘度信息；所述控制模块负责与无线数据传输模块通讯，传输采集的测量参数以及完成 对测量模块的自动控制；所述无线数据传输模块负责完成粘度仪无线数据通讯及命令传 输。
2.根据权利要求1所述的无线智能在线式粘度仪，其特征在于所述粘度采集机构包 括步进电机(1)、电机传感片O)、游丝传感片(3)、游丝(6)及转子；所述电机传感片 (2)与步进电机(1)的输出轴固定相接；所述游丝(6)上端与步进电机(1)的输出轴固定 相接，其下端与转子固定相接；所述游丝传感片( 与游丝(6)的下端固定相接。
全文摘要
本发明属钻井液/泥浆流变性能的实时监测仪器，尤其涉及一种在钻井现场实时随钻监测钻井液流变性的无线智能在线式粘度仪，包括粘度采集机构、测量模块、控制模块、无线数据传输模块、总线/以太网转换模块及计算机系统模块；所述控制模块的传输端口分别接测量模块与无线数据传输模块的端口；所述无线数据传输模块的传输端口经总线/以太网转换模块与计算机系统模块的传输端口相接。本发明可解决传统粘度仪的缺陷，替代目前广泛使用的机械六速粘度仪，能够在六档API剪切率下实时在线测量泥浆粘度，参数数据、回馈控制，可为泥浆工程师提供准确、稳定、便利的实时粘度数据，降低现场工程师的劳动强度。
文档编号G01N11/14GK102141498SQ20101059336
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者刘绪全, 宋元森, 左京杰, 张明芳, 李长际 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司