[发明专利]自动化钻井液分析器

说明书

发明背景

技术领域

本文所公开的实施方案涉及一种用来测量钻井液的电稳定性的自动化仪表。更具体来说，本文所公开的实施方案涉及一种用于测定粘度、胶凝强度和/或电稳定性的钻井液分析器。又更具体来说，本文所公开的实施方案涉及用于测定钻井液的粘度、胶凝强度和/或电稳定性的方法和系统，包括自动控制和远程控制。

背景技术

在钻探油井和/或天然气井时，常常使用油基钻井液来冷却钻头、去除岩屑和控制地下液体。可以测量这种液体的各种性质来计算出有用的结果。举例来说，通常使用电稳定性(ES)测试来测量钻井液的电稳定性这一性质。ES测试通常是手动测试，由泥浆工程师或同等的技术人员执行。按照惯例，在执行ES测试时，将包括两个圆平电极的探头插入钻井液中，所述圆平电极直径1/8英寸，两个面之间间隔1/16英寸。含有非水性液体、水（或其它极性液体）、粘土和其它材料的钻井液填充所述测试探头的两个电极之间的间隙。电线从探头接到信号产生器和测量仪表，使电极之间的电压斜线上升，直到液体的成分对齐而形成短路桥为止。当发生短路时，电极之间的电流立即突升。具体来说，在出现峰值电流（大约61μA）之前，340Hz的AC电压以150V s-1的速率斜线上升。在此阶段，通过仪表来捕获峰值电压（也称为击穿电压(VBD)）。对于上文所描述的探头的几何形状，在电流61μA处出现击穿电压。击穿电压是指当钻井液的电学性质变得依赖于电场时所处的电压，而且是当钻井液的导电性变成非欧姆时所处的电压。因此，击穿电压涉及乳化稳定性，并被用来计算钻井液的乳化稳定性和其它性质。

通常，为了使用上文的手动探头方法来测量钻井液的电稳定性，钻井液和相关液体需保持静止，因为钻井液中液体的移动和转移可能导致由电极测量并由仪表记录的测量值发生偏差。另外，在使用上文所描述的手动探头方法时，在每一次测量取样之后，手动地清洗电极以及介于探头的电极之间的间隙。

除了测量电稳定性之外，钻井机具操作者可以执行测试来测定粘度。通常，使用诸如马氏(Marsh)漏斗粘度计的仪器来执行这些测量。马氏漏斗是手动操作的测量装置，其向钻井操作者提供有关特定液体的粘度的一般概念。在使用时，垂直地握持漏斗，并通过用手指覆盖出口来封闭端管。接着将待测量的液体倒入漏斗中，直至液体到达指示约1.5公升的线为止。要开始测量时，将手指从出口处移开，并开启秒钟。液体离开漏斗，并且记录从漏斗中去除一夸脱(quart)的液体所用的时间。在体积和排放时间已知的情况下，可以计算出粘度。

虽然这些测量技术给予操作者有关粘度的一般概念，但由于是手动实施，结果可能不一定精确。另外，并未真正得知井底液体的粘度，因为在压力之下无法加热或测量液体。

除了电稳定性和粘度之外，也可以测定液体的胶凝强度。胶凝强度是测量液体保持悬浮颗粒的能力，而且胶凝强度是使用同心圆筒式粘度计来测量的。胶凝强度也可以手动测量，并且在调整钻井液的性质时对结果进行分析。

因此，需要一种用于测量钻井液的电稳定性、粘度和/或胶凝强度的自动化方法。另外，需要用于对钻井液进行取样以供适当测量以及对用来测量钻井液的击穿电压的探头的电极进行清洗的改进方法。

发明内容

在一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用于测量液体样品的电稳定性的自动化电稳定性仪表，所述仪表包括：外壳，其具有入口和出口；至少一个阀门，其安置于靠近所述入口处并且被构造成打开和关闭以将液体样品提供到所述外壳中；电子控制模块，其被构造成向所述至少一个阀门发送信号；以及探头组合件，其操作性地连接到所述电子控制模块，所述探头组合件包括电极探头，该电极探头具有两个电极和介于两个电极之间的探头间隙。

在另一方面，本文中公开的实施方案涉及一种自动化粘度计，其包括：外壳，其具有入口和出口；粘度计套筒，其安置于所述外壳中；测锤，其安置于所述套筒中，其中在所述粘度计套筒与所述测锤之间形成环形域，并且其中所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个被构造成旋转；电机，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤中的至少一个；以及扭矩测量装置，其操作性地连接到所述粘度计套筒和所述测锤。