CN107654203B - 钻井液压差式密度传感器稳流承载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，属于油气勘探技术领域，其结构包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有球罩；球罩由迎流面半球罩和背流面半球罩两部分相对扣接而成，传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；迎流反转曲翼和背流反转曲翼于底端围成下垂落口；传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；于背流面半球罩的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网。消除了密度测量误差，为建立安全的钻井液体系提供了准确的密度数据，本发明有利于钻井施工安全；真实地反映了钻井液密度。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，具体地说是一种钻井液压差式密度传感器稳流承载装置。
背景技术
钻井液是指钻井过程中使用的流体介质。钻井液行话称为泥浆。钻井液可以是液体或气体，因此，钻井液应确切地称为钻井流体。钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液主要功用是：（1）清洁井底，携带岩屑；（2）冷却和润滑钻头及钻柱；（3）平衡井壁岩石侧压力；（4）平衡（控制）地层压力；（5）悬浮岩屑和加重剂；（6）在地面能沉除砂子和岩屑；（7）有效传递水力功率；（8）承受钻杆和套管的部分重力；（9）提供所钻地层的大量资料；（10）水力破碎岩石。为了提高钻井液携带岩屑的能力、稳定井壁及防止复杂情况发生的目的，常规钻井液的密度高于1g/cm3。在复杂钻井工况下，如井涌、井喷、井漏等，需要随时检测钻井液密度，在勘探现场，钻井液密度检测设备是密度传感器。
勘探中，钻井液是一种复杂的体系，其中包含了地层流体（油、气、水）、经钻头破碎后的岩屑固相颗粒及其它添加物。通过传感器检测的钻井液密度应当是单纯的液体密度，但由于被其它物质干扰往往会影响实际密度值的测量，而钻井液密度值在井控工作中是项十分重要的参数，所以，如何能够准确地随钻检测钻井液密度，是综合录井的一项重要职能作用。
在勘探现场，钻井液密度的测量方式基本上有两种，一种是非在线机械式密度计（泥浆称），另一种是在线式连续压差密度传感器，综合录井测量钻井液密度使用的就是压差式密度传感器。是非在线机械式密度计（泥浆称）测量的是钻井液的静态密度，是有时间间断的；在线式连续压差密度传感器测量的钻井液的动态密度，无时间间断，是一种随钻连续测量方式。压差式密度传感器有两个按照一定垂直间距排列的压力膜片组成，上下膜片的压差计算出钻井液密度。但是，由于钻井液中的固相颗粒及不同密度油气水的存在，这种压差往往得不到准确测量，从而造成非在线机械式密度计（泥浆称）和在线式连续压差密度传感器之间存在测量误差，而这种测量误差的存在会直接影响到钻探安全及对复杂情况的处理等方面的问题，根本原因就是动态固相颗粒对压力膜片产生了额外干扰。为了防止这种干扰，在压力膜片的外围通常加装一个孔盘，靠孔盘来阻隔固相颗粒承压到压力膜片上，但是，在实际应用中确没有解决根本问题，以至于存在密度测量误差的常态化，直接影响了工作质量和勘探效益。概括起来，钻井液密度测量存在的问题及产生的非积极效应主要有以下几个方面：
(1)密度测量误差会导致无法建立安全的钻井液体系，不利于钻井施工安全；
(2)无法真实反映钻井液密度，造成钻井液配置材料浪费，增加了勘探成本；
(3)密度测量不准，无法准确建立井底压力体系，难以维持井底压力和底层压力的平衡关系；
(4)密度测量不准确不利于携带井底岩屑，洗井不彻底，易造成井下事故的发生；
(5)发生复杂事故后，没有准确的密度参考易造成处理问题决策上的失误，直接影响到勘探效益；
(6)为了维持准确地密度测量，操作人员需要经常用清水清洗维护密度传感器，增加了劳动强度，不利于职业健康保护也浪费了水资源；
(7)不利于综合录井在油气勘探中工作职能的发挥，降低了工作质量。
总之，钻井液密度测量必须准确及时，只有这样才能确保安全优质勘探施工，而解决这个问题的关键就是要有一种能够消除钻井液密度测量存在误差的装置。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种钻井液压差式密度传感器稳流承载装置。
本发明的技术方案是按以下方式实现的，该钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，其结构包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，
传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有球罩；
球罩由迎流面半球罩和背流面半球罩两部分相对扣接而成，
迎流面半球罩的外凸球冠面朝向传感器支杆的左侧，
背流面半球罩的外凸球冠面朝向传感器支杆的右侧，
迎流面半球罩和背流面半球罩同水平横轴相对设置，并且相对的球罩边缘密封连接构成一球壳状结构，并将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
迎流面半球罩的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的迎流反转曲翼，迎流反转曲翼朝向左侧迎流面向斜下方弯曲收止；
背流面半球罩的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的背流反转曲翼，背流反转曲翼朝向右侧背流面向斜下方弯曲收止；
迎流面半球罩的底端拐点和背流面半球罩的底端拐点处于同一水平位置；
迎流反转曲翼的下展高度大于背流反转曲翼的下展高度；
迎流反转曲翼和背流反转曲翼于底端围成下垂落口；
传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；
于背流面半球罩的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道；
迎流面半球罩和背流面半球罩构成的球壳顶端通过法兰锁扣固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通。
下垂落口设置为斜切喇叭口状。
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
与上述相接近的钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，其结构包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，
传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有一体的整体球罩；
一体的整体球罩的左半部为迎流面，一体的整体球罩的右半部为背流面半球罩，
迎流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的左侧，
背流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的右侧，
迎流面和背流面将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球罩内围的球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
整体球罩的球壳的底端在近极点外翻曲面外扩形成下垂落口；
传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；
于背流面的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道；
迎流面和背流面构成的球壳顶端通过法兰锁扣固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通。
下垂落口设置为斜切喇叭口状。
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：
该钻井液压差式密度传感器稳流承载装置具有以下性能和优点：
(1)消除了密度测量误差，为建立安全的钻井液体系提供了准确的密度数据，有利于钻井施工安全；
(2)真实地反映了钻井液密度，节约了钻井液配置材料应用，降低了勘探成本；
(3)密度测量可靠，可准确地建立井底压力体系，利于维持井底压力和底层压力的平衡关系；
(4)密度测量准确利于钻井液携带井底岩屑，洗井彻底，降低了井下事故发生机率；
(5)准确的钻井液密度测量有利于复杂问题处理决策的制定，提升了勘探效益；
(6)密度测量准确，作业人员无需经常用清水清洗维护密度传感器，降低了劳动强度，有利于职业健康保护，节约了水资源；
(7)有利于综合录井在油气勘探中的工作职能发挥，保证了工作质量。
该钻井液压差式密度传感器稳流承载装置在现场实际应用中充分提升了钻井液密度测量的准确性，有利于油气资源勘探的安全和高效，降低了作业人员的劳动强度，有利于职业健康保护。同时，确保了工作质量，也有利于环境保护。
该钻井液压差式密度传感器稳流承载装置可广泛应用于石油天然气勘探中的综合录井施工中，同时，也可应用在其它需要进行流体密度测量的工作领域。该装置是确保准确检测钻井液密度的重要装置，是综合录井施工不可缺少的设备，有利于油气勘探的安全和高效。
该钻井液压差式密度传感器稳流承载装置设计科学合理，组装操作简便，无需特殊维护、结构简单、安全可靠、使用方便，具有很好的推广使用价值。
附图说明
附图1是本发明的实施例一的结构示意图；
附图2是本发明的实施例二的结构示意图。
附图中的标记分别表示：
1、传感器支杆，2、传感器压力膜片，
3、球罩，4、迎流面半球罩，5、背流面半球罩，
6、迎流反转曲翼，7、背流反转曲翼，
8、下垂落口，
9、鼻翼孔，10、鼻翼孔滤网，11、鼻翼，12、孔通道，
13、法兰锁扣，14、罩面法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的钻井液压差式密度传感器稳流承载装置作以下详细说明。
实施例一：
如附图所示，本发明的钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，其结构包括传感器支杆1和传感器压力膜片2，传感器压力膜片2配置在传感器支杆1的杆身上，传感器压力膜片2通过支架固定连接在传感器支杆1的杆身上，
传感器压力膜片2所处的传感器支杆1的外围设置有球罩3；
球罩3由迎流面半球罩4和背流面半球罩5两部分通过罩面法兰14相对扣接而成，
迎流面半球罩4的外凸球冠面朝向传感器支杆1的左侧，
背流面半球罩5的外凸球冠面朝向传感器支杆1的右侧，
迎流面半球罩4和背流面半球罩5同水平横轴相对设置，并且相对的球罩边缘密封连接构成一球壳状结构，并将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
迎流面半球罩4的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的迎流反转曲翼6，迎流反转曲翼朝向左侧迎流面向斜下方弯曲收止；
背流面半球罩5的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的背流反转曲翼7，背流反转曲翼朝向右侧背流面向斜下方弯曲收止；
迎流面半球罩的底端拐点和背流面半球罩的底端拐点处于同一水平位置；
迎流反转曲翼的下展高度大于背流反转曲翼的下展高度；
迎流反转曲翼和背流反转曲翼于底端围成下垂落口8；
传感器支杆1从下垂落口8向下延伸穿出；
于背流面半球罩的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔9，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网10，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼11由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道12；
迎流面半球罩和背流面半球罩构成的球壳顶端通过法兰锁扣13固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通。
下垂落口设置为斜切喇叭口状。
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
实施例二：
钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，其结构包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，传感器压力膜片2通过支架固定连接在传感器支杆1的杆身上，
传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有一体的整体球罩；
一体的整体球罩的左半部为迎流面，一体的整体球罩的右半部为背流面半球罩，
迎流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的左侧，
背流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的右侧，
迎流面和背流面将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球罩内围的球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
整体球罩的球壳的底端在近极点外翻曲面外扩形成喇叭口状的下垂落口；
传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；
于背流面的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道；
迎流面和背流面构成的球壳顶端通过法兰锁扣固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通。
下垂落口设置为斜切喇叭口状。
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
作为稳流过滤装置的钻井液压差式密度传感器稳流承载装置为对半球体，对扣在传感器杆体上，整体材质为优质不锈钢。
(1)对半球体。球体直径130mm，壁厚1.4mm。对半球体为两个独立的半球体，通过锁扣对接在传感器支杆上。对半球体的其中一个半球体为封闭式，在封闭式半球体的下方为翼型开口设计，开口按球体下部某角度按切线方向开口，向下向外侧呈弧形翼展，翼展长度为50mm（长翼）。对半球体的另一半球体上的中下部球面的1/3面积设计为滤网结构，滤网为鼻翼孔，孔径3mm，整个鼻翼孔滤网面斜向下与水平面呈15º角排列，该球体下部为开口，开口按球体下部某角度按切线方向开口，向下向外呈弧形展翼，展翼长度为30mm（短翼）。对半球体的两个长翼和短翼弧形开口的最窄处弧形距离为40mm，最宽处弧形距离为50mm，两翼非对称。
(2)当钻井液以一定的流速按水平方向通过封闭式半球体时，球体的弧面引流作用为钻井液中的固相颗粒提供了运动加速度，减少了固相颗粒的滞留时间；当钻井液以一定的流速呈斜向上流动时，长翼的弧形结构可以向周围逸散固相颗粒，减少了固相颗粒进入对半球体的机率。
(3)带鼻翼孔的对半球体用来进入钻井液，斜向下的鼻翼孔可以充分利用固相颗粒比重大会自然垂落的特点而减少固相颗粒进入球体的机率。当钻井液以一定的流速呈斜向上流动时，短翼的弧形结构可以向周围逸散固相颗粒，减少了固相颗粒进入对半球体的机率。
(4)实钻中，将该装置调整到使钻井液从该装置自左向右流动，固相颗粒在封闭式球面作用下沿球面切线方向运动，在流动趋势的作用下，固相颗粒在滤网处不易聚集。长翼和短翼弧面形成的空间会给固相颗粒产生向下部周围运动的势能，也不利于固相颗粒聚集。进入对半球体的固相颗粒在自身重力的作用下也会向下垂落，通过长翼和短翼形成的孔间流出球体，不会在球体停留压迫传感器压力膜片。同时，长翼和短翼的非对称设计，充分利用了钻井液自左向右流动的势能，最大程度地减少了固相颗粒滞留的可能性。
Claims (2)
1.钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，其特征在于：
传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有球罩；
球罩由迎流面半球罩和背流面半球罩两部分相对扣接而成，
迎流面半球罩的外凸球冠面朝向传感器支杆的左侧，
背流面半球罩的外凸球冠面朝向传感器支杆的右侧，
迎流面半球罩和背流面半球罩同水平横轴相对设置，并且相对的球罩边缘密封连接构成一球壳状结构，并将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
迎流面半球罩的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的迎流反转曲翼，迎流反转曲翼朝向左侧迎流面向斜下方弯曲收止；
背流面半球罩的底端以近底端为拐点设置有反向弯曲曲率的背流反转曲翼，背流反转曲翼朝向右侧背流面向斜下方弯曲收止；
迎流面半球罩的底端拐点和背流面半球罩的底端拐点处于同一水平位置；
迎流反转曲翼的下展高度大于背流反转曲翼的下展高度；
迎流反转曲翼和背流反转曲翼于底端围成下垂落口；
传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；
于背流面半球罩的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道；
迎流面半球罩和背流面半球罩构成的球壳顶端通过法兰锁扣固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通；
其中：
下垂落口设置为斜切喇叭口状；
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
2.钻井液压差式密度传感器稳流承载装置，包括传感器支杆和传感器压力膜片，传感器压力膜片配置在传感器支杆的杆身上，其特征在于：
传感器压力膜片所处的传感器支杆的外围设置有一体的整体球罩；
一体的整体球罩的左半部为迎流面，一体的整体球罩的右半部为背流面半球罩，
迎流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的左侧，
背流面的外凸球冠面朝向传感器支杆的右侧，
迎流面和背流面将含有传感器压力膜片的所在传感器支杆段包围在球罩内围的球壳腔内；
传感器支杆于纵向轴线方向贯穿球壳；
整体球罩的球壳的底端在近极点外翻曲面外扩形成下垂落口；
传感器支杆从下垂落口向下延伸穿出；
于背流面的球冠面集中三分之一的面积上均匀的开设有鼻翼孔，朝向一致的鼻翼孔构成鼻翼孔滤网，鼻翼孔滤网的覆盖的球冠面朝向传感器压力膜片，鼻翼孔的鼻翼由背流面半球罩罩面向外围翻出构成，鼻翼翻开面与鼻翼孔之间构成孔通道；
迎流面和背流面构成的球壳顶端通过法兰锁扣固定配置在传感器支杆上，球壳腔通过下垂落口与下方外界开放连通，球壳腔通过鼻翼孔滤网与背流面一侧的外界连通；
其中：
下垂落口设置为斜切喇叭口状；
鼻翼孔的孔通道具有由背流面半球罩内腔到外界的方向沿背流面半球罩的直径方向向外侧斜向下的朝向。
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