一种钻井液性能监测系统和工作方法与流程

本发明属于钻井液性能监测，具体是指一种钻井液性能监测系统和工作方法。

背景技术：

1、钻井液性能监测系统是一套在钻井作业中用于实时监测钻井液各项关键性能参数的设备系统。这一系统通过集成多种传感器、数据采集与处理单元、远程通信模块及数据分析平台，实现了对钻井液性能的全面监控和管理。

2、钻井液性能监测系统广泛应用于油气钻探、地热开发、矿山勘探等领域。在油气钻探中，该系统可用于监测钻井液的性能变化，及时发现并处理钻井过程中的异常情况，如井筒不稳定性、窄钻井窗口、岩屑堆积等，从而提高钻井效率，减少非生产时间(npt)，保障钻井作业的安全顺利进行。

3、传统的钻井液性能监测方法多为离线检测，存在时效性差、操作复杂问题，难以满足现代钻井作业对钻井液实时监控的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钻井液性能监测系统和工作方法，能够解决时效性差、操作复杂问题，满足现代钻井作业对钻井液实时监控的需求。

2、为实现上述目的，本发明一种钻井液性能监测系统，包括上位机、流变性测量模块、离子浓度测量模块、沉降稳定性测量模块、恒温保障装置，所述上位机是系统的控制中心，负责获取循环参数，控制各测量模块进行有序测量，并接收、处理及显示各模块上传的数据；流变性测量模块用于抽取钻井液，测量其温度、密度、流量信号和压差信号数据，通过计算得到钻井液的流变性参数，并上传至上位机；离子浓度测量模块用于测量钻井液的离子含量数据，将结果上传至上位机；沉降稳定性测量模块用于测量钻井液的沉降稳定性数据，评估钻井液在静置状态下的稳定性，将结果上传至上位机；恒温保障装置用于抽取待检测钻井液，实时获取其温度信息，并根据控制指令调整钻井液温度至预设目标温度区间，保持恒温状态，确保测量数据的准确性。

3、作为本发明进一步的方案：钻井液性能监测系统采用上中下三层结构，上层平台为电子仪表、数据采集平台，上位机设置在上层平台中；中层平台为毛细管平台，下层平台分为两部分，左边为流量计和密度传感器室；右边为防爆控制箱；显示仪表、变送器和数据采集箱均安装于上层平台的仪表室。

4、作为本发明进一步的方案：流变性测量模块采用变经管式流变性测量方法，毛细管壁处的剪切应力为：

5、σr＝-δpr/2l’

6、式中δp为作用在毛细管上的压力；r为毛细管的半径；l’为毛细管长度；

7、毛细管壁处的速度梯度：

8、

9、式中n为常数，q为流出毛细管的聚合物体积；γα为毛细管壁在α处的剪切速率。

10、作为本发明进一步的方案：流变性测量模块中采用双压力振动管方法测量密度根据两个压力下的密度计算出气体含量和钻井液真实密度，

11、

12、式中f为振动管内有、无流体流过时的振动频率；e为振动体弹性模量；k为由振动模式决定的常数；m为振动系统的质量，i为振动体倔强系数；ρm为流体真实密度；a为振动管横截面积；l为振动管长度，ρ1为压力p1下的流体密度；ρ2为压力p2下的流体密度；p1、p2为两个不同压力传感器的压力值。

13、作为本发明进一步的方案：离子浓度测量模块采用离子选择电极法进行离子含量测量，离子选择电极是利用电极电位和离子浓度之间的关系来确定物质含量，其单位与被测离子浓度的关系式为：

14、e＝e0+2.302×(rt/nf)×lga

15、式中，e为离子选择性电极与参比电极之间的点位差，e0为标准电极电位，r为气体常数，t为溶液的绝对温度，a为离子浓度，2.303×rt/nf为能斯特因子，该因子随温度变化；f为法拉第常数，n为离子电荷，包括正负号；当温度一定是，电位e只与离子浓度有关，即e与lga呈线性关系，电位e就反应出了离子的浓度。

16、一种钻井液性能监测系统的工作方法，包括以下步骤：

17、循环测量：上位机获取循环参数，循环参数包括预定循环次数和测量时间间隔，按参数控制各测量模块进行循环测量；

18、数据处理：各测量模块将测量数据上传至上位机，上位机对接收到的数据进行处理，计算钻井液的各项性能参数，并显示监测结果；

19、实时监控：系统具备实时监控功能，能够在钻井作业过程中持续监测钻井液的性能变化，及时发现并处理异常情况。

20、与现有技术相比，本发明通过各模块的协同工作，实现对钻井液性能的实时监测，提高了监测的时效性；采用恒温保障装置确保测量过程中的温度稳定，提高了测量数据的准确性，系统采用自动化控制，减少了人工操作，降低了操作难度和劳动强度；系统涵盖了钻井液的主要性能参数，实现了对钻井液性能的全面监测。

1.一种钻井液性能监测系统，其特征在于，包括上位机、流变性测量模块、离子浓度测量模块、沉降稳定性测量模块、恒温保障装置，所述上位机是系统的控制中心，负责获取循环参数，控制各测量模块进行有序测量，并接收、处理及显示各模块上传的数据；流变性测量模块用于抽取钻井液，测量其温度、密度、流量信号和压差信号数据，通过计算得到钻井液的流变性参数，并上传至上位机；离子浓度测量模块用于测量钻井液的离子含量数据，将结果上传至上位机；沉降稳定性测量模块用于测量钻井液的沉降稳定性数据，评估钻井液在静置状态下的稳定性，将结果上传至上位机；恒温保障装置用于抽取待检测钻井液，实时获取其温度信息，并根据控制指令调整钻井液温度至预设目标温度区间，保持恒温状态，确保测量数据的准确性。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液性能监测系统，其特征在于，所述钻井液性能监测系统采用上中下三层结构，上层平台为电子仪表、数据采集平台，上位机设置在上层平台中；中层平台为毛细管平台，下层平台分为两部分，左边为流量计和密度传感器室；右边为防爆控制箱；显示仪表、变送器和数据采集箱均安装于上层平台的仪表室。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液性能监测系统，其特征在于，流变性测量模块采用变经管式流变性测量方法，毛细管壁处的剪切应力为：

4.根据权利要求1所述的一种钻井液性能监测系统，其特征在于，所述流变性测量模块中采用双压力振动管方法测量密度根据两个压力下的密度计算出气体含量和钻井液真实密度，

5.根据权利要求1所述的一种钻井液性能监测系统，其特征在于，离子浓度测量模块采用离子选择电极法进行离子含量测量，离子选择电极是利用电极电位和离子浓度之间的关系来确定物质含量，其单位与被测离子浓度的关系式为：

6.根据权利要求1所述的一种钻井液性能监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：