技术摘要：
本发明涉及一种石油钻井液性能参数测量及传输装置，由箱体、激光测距模块、流变性进液阀、LCD按键屏、含砂参数检测组件、失水参数检测组件、固相含量参数检测组件、流变性参数检测组件、PH值检测传感器模块、密度参数检测组件、控制箱及电路板、无线数传模块、远程无线  全部
背景技术：
在石油钻井生产过程中，钻井液综合性能参数包括密度、漏斗粘度、失水泥饼、PH 值、固相含量、含砂、粘度、初切力、终切力和剪切稀释性参数，这些是钻井液需要采集的常 规参数，这些参数的掌握和调整，与提高钻井速度和井下安全密切相关，钻井液综合参数关 系到：[1]钻井液携带岩屑、井眼清洁的能力；[2]钻屑的悬浮能力；[3]井壁稳定性；[4]影响 井涌、井喷；[5]影响油层污染；[6]钻井参数的优化；[7]井下事故及复杂情况；因此，准确及 时的钻井液参数采集对于钻井生产至关重要。 但钻井液综合参数测量的自动化采集，是钻井自动化仪表的一个重大难题，因为， 密度、PH值参数的采集还比较容易，密度可采取用两只传感器进行测量不同深度压差的方 法采集；PH值可直接用测量笔进行采集，可以做成在线连续采集，而其它几种参数的采集就 相对困难了。其中：泥浆漏斗粘度的采集，需要计量漏斗流失钻井液的时间，用光电对射采 集，会因钻井液的喷溅，造成对射采集头的污染而需要经常擦拭；泥浆失水的测量，每次采 集都需要在压力容器中更换滤纸，密封加压，计量滤失水量，较难实现自动化；固相含量的 测量，需要将钻井液注入密闭的压力容器内，进行加高压、加温，使得钻井液中的液态蒸发 冷凝分离出来，并将钻井液中固相物质加热成固态，并进行固相称量，称量后需要将固态物 倒出，进行压力容器清洗，才能进行下一次的采集测量，较难实现自动化；含砂的测量，需要 将钻井液装入带有刻度的量杯中稀释，用一定目数的筛布滤除微小颗粒及液体，将砂粒滤 出并留在量筒底部，采用目视读取刻度体积数据，进行和总体积对比计量，也难以实现自动 化连续采集；粘度、初切力、终切力和剪切稀释性这些流变性参数，流变性的测量方法有很 多种，其中旋转法和管流法是钻井液流变性测量的常用的方法，旋转法测量钻井液粘度是 目前应用最广泛的一种方法，通过电机旋转驱动钻井液随之旋转，物体将受到流体粘性力 矩的作用而改变原来的转速或转矩，通过测量流体作用于物体的粘性力矩或物体的转速来 确定流体的粘度，旋转法使用范围宽，测量方便，易得到大量的数据，但是有很多局限性；另 外，管流法能够连续测量钻井液综合参数，它是将钻井液用泥浆泵泵入特定的管子中，通过 测量泥浆流量、光纤流速、压耗等参数，应用流体数学模型，进行流变参数的采集，但是由于 钻井液性能千差万别，测量精准度与实际差别很大，并且钻井液最重要的静止10分钟的参 数，不能通过管流法获得，由于获取的参数不完整，大大限制了管流法钻井液流变性测量的 应用，目前，钻井队泥浆工人使用的六参数旋转粘度仪最为普遍，工人从高架槽泥浆出口处 用杯子舀入钻井液，将杯子带回井场的驻井房内用六参数旋转粘度仪进行测量，通过用不 同的旋转速度，例如300转/分或620转/分，旋转10秒，再用3转/分，用眼观察刻度盘，读取刻 度盘最大读数，获得初切力，再旋转10秒，静止十分钟后，用3转/分读取终切力。由于出切力 和终切力之间跨度有10分钟，这期间泥浆需静止保存，不能搅动，大大限制了泥浆性能的采 9 CN 111608640 A 说　明　书 2/14 页 集效率，难以实现自动化采集测量。 钻井生产有时顺序万变，手工测量钻井液综合参数的现状已经不能满足现代化钻 井生产需要了，为了克服上述缺陷，本发明提供了一种通过机械自动化方式，替代人手工测 量钻井液综合参数的操作，在一个箱体内设置多组钻井液参数采集器，使得在参数采集时 需要的水、气、钻井液的采集提供能够综合利用，并将采集到的数据，能连续多点的参数测 量采集、存储及数据远程无线传输，进行钻井参数的综合分析及利用，为钻井生产提供及时 准确的技术支持。
技术实现要素：
本发明旨在于提供一种在线式的石油钻井液性能参数测量及传输装置，实现自动 化的标准参数采集及传输。 本发明的技术方案如下：本发明的技术方案如下：此种石油钻井液性能参数测量 及传输装置，如图1所示，由远程无线终端、进水管端头、激光测距模块、进液管端头、激光模 块横梁、含砂进液筒、含砂进液阀、含砂电机、含砂齿轮组、含砂旋转接头、失水压筒、含砂进 水管、含砂滤网、含砂量筒、含砂量筒、固相量液筒、激光模块轴承、含砂量筒阀、油水分界检 测器、马氏漏斗、流变性电机、上压力传感器、旋转测量头、主轴筒、取液管、驱动筒、驱动筒 电磁铁、流变性量液杯、倒液槽及回液管、风扇、电动阀门、上层平台、同步主动轮、流变性旋 转电机、同步带、主轴筒同步轮、主轴筒轴承、抽液泵电机、控制箱及单片机、丝杠及螺母、数 传模块、泵活塞、抽液泵、泵进口阀门及管线、激光模块旋转轴、箱体、废液管线、进排水阀及 水管线、废液池、流变性进液阀、下压力传感器、流变性旋转接头、底层平台、激光模块主动 轮、激光模块电机、激光模块同步带、激光模块旋转平台、进液阀、进水阀、失水量筒、失水量 筒阀、滤纸筒及电机、含砂机座、滤纸、失水导液管、失水导液管、含砂进水阀、失水清洗头、 失水清洗阀、失水压力传感器、失水取液器、失水积液漏斗、PH值检测传感器模块、失水滤失 筒、失水弹簧腔、失水进液筒、失水进水阀、失水放气阀、气罐、气泵、蓄水槽、水泵、加热套、 失水弹簧腔键、失水弹簧、固相刮泥塞、固相清洗阀、冷凝器水阀、固相加热器、冷凝器水槽、 固相清洗头、固相盛液杯、光纤对射模块、固相蒸发罩、冷凝器、固相丝杠螺母、固相进液阀、 固相进液筒、固相游车、失水齿轮组、固相滑轨、固相电机、失水方杆、失水螺母、失水丝杠、 失水轴承、失水减速电机、LCD按键屏、失水筒组成，该装置结构组装关系如下，装置箱体安 装在振动筛后的钻井泥浆罐上，箱体的外侧设有与内部抽液泵连接的钻井液进口管线，与 内部废液池连接的废液管线，与蓄水槽及进排水阀及水管线连接的水管线，与内部电力设 施连接的电源线，箱体内四周设有碳纤维加热及保温层，在箱体的一侧设有与箱壁固定连 接二层的平台，底层平台中间开孔，孔内设有主轴筒轴承，主轴筒轴承内设主轴筒，主轴筒 为一管形中空的筒轴，筒轴上设有一个主轴筒同步轮，主轴筒同步轮与筒轴由键槽固定，在 底层平台的一侧设有带有流变性旋转电机的同步主动轮，流变性旋转电机固定在底层平台 上，同步主动轮与主轴筒同步轮之间由同步带连接；在底层平台上设有控制箱及单片机，控 制箱及单片机连接有无线数传模块;在底层平台的上部设有一个中间带孔的上层平台，上 层平台周界设有一圈呈深沟的倒液槽，倒液槽侧面开孔连接有回液管，回液管连接废液池； 上层平台中间设置成高台，高台上设有若干个按照上层平台开孔呈圆周均布的流变性量液 杯，每个流变性量液杯开口处设有一个支架，支架上设有外转筒轴承，外转筒轴承轴套内设 10 CN 111608640 A 说　明　书 3/14 页 有一底部通透的外转筒，外转筒内设有内筒，内筒的直径比外转筒小一些，内筒上设有轴， 轴顶部设有圆形铁芯的内筒轴及铁芯，外转筒底部四周设有若干个向内伸出的微台阶，内 筒可以坐在微台阶上，流变性量液杯侧面靠近底部设有一段与杯内连通的管，管上设有电 动阀门；底层平台附近设有一抽液泵，抽液泵的入口设有泵进口阀门及管线，泵的出口设有 流变性进液阀，泵进口阀门及管线和流变性进液阀均为电磁阀，流变性进液阀的一端设有 取液管，取液管上连接有流变性进液阀及下压力传感器，接下来取液管连接一个输送流体 密闭能转动的旋转接头，取液管穿过旋转接头从主轴筒顶部探出，此处取液管连接有上压 力传感器，取液管端头设有向下的弯头，弯头口与设在下面的马氏漏斗开口相对，马氏漏斗 的底部设有一个电磁阀门，马氏漏斗的出口处设有一倒液槽，倒液槽的低端设有取液管，取 液管下方可对准流变性量液杯开口处；在旋转测量头一侧还设有一个立柱，立柱随着旋转 测量头动作，立柱上两只风扇，风扇分别朝向流变性量液杯口和倒液槽及回液管；旋转测量 头外部设有驱动筒，在驱动筒底部设有环形的驱动筒电磁铁；旋转测量头基座固定在主轴 筒的上端，当主轴筒旋转带动旋转测量头旋转时，旋转测量头上的驱动筒电磁铁可与设置 在上层平台上的流变性量液杯口正对；在上层平台一侧，设有由上下两个轴承组成的激光 模块轴承，设在两个轴承内部的激光测距模块旋转轴的顶部设有一个激光模块横梁，激光 模块横梁的一端设有激光测距模块，激光测距模块的激光发射及接收头朝下，在激光测距 模块的两侧分别设有进液管端头、进气管端头和进水管端头，三只端头均朝下设置，进液管 端头由管线沿着激光模块横梁由中空的激光模块旋转轴内穿过，从轴的底部引出，管线的 另一端与进液阀连接，进水管端头由管线沿着激光模块横梁由中空的激光模块旋转轴内穿 过，从轴的底部引出，管线的另一端与进水阀连接，进气管端头由管线沿着激光模块横梁由 中空的激光模块旋转轴内穿过，从轴的底部引出，管线的另一端与气泵连接；激光模块横梁 靠近激光模块旋转轴的一端向下引出一支架，支架端头设有油水分界检测器，油水分界检 测器的仪器面与激光模块旋转轴呈径向朝外设置；激光模块旋转轴的底部设有与其连接的 激光模块旋转平台，周边设有一个激光模块电机及主动轮，由激光模块同步带将激光模块 电机及主动轮与激光模块旋转平台连接，激光模块电机及主动轮上设有驱动电机；当系统 控制电机旋转并带动激光模块电机及主动轮、激光模块旋转平台及激光模块旋转轴转动时 带动激光模块横梁转动，设在激光模块横梁端头的激光测距模块发出激光束也随之旋转， 其激光束射线圆周运动可抵达马氏漏斗的中心，抵达含砂量筒的中心，抵达失水量筒的中 心，抵达固相量液筒的中心，可以抵达设在滤纸上泥饼的中心，可以穿越外转筒和外转筒轴 承之间空隙对准流变性量液杯的底部，可以抵达含砂进液筒开口中心，可以抵达失水进液 筒开口中心，可以抵达固相进液筒开口中心；进气管端头、进水管端头和进液管端头也可随 激光模块横梁转动，分别抵达含砂进液筒、失水进液筒、固相进液筒、含砂量筒、失水量筒、 固相量液筒、马氏漏斗各量器的开口中心；油水分界检测器可随激光模块旋转轴转动，可将 油水分界检测器正对准含砂量筒，可将油水分界检测器正对失水量筒，可将油水分界检测 器正对固相量液筒；在激光模块旋转轴的一侧，设有含砂基座，含砂基座上设有两只相互啮 合齿轮的含砂齿轮组，在含砂基座上并排设有含砂旋转接头及含砂电机，含砂旋转接头轴 与含砂齿轮组其中一个齿轮连接，含砂电机轴与含砂齿轮组的另一齿轮连接，含砂旋转接 头的一端设有含砂进液管，含砂进液管由含砂进液阀与含砂进液筒连接，设在含砂旋转接 头另一端的含砂进液管接入含砂量筒，含砂量筒呈纺锤形，其上边设有开口，含砂进水管的 11 CN 111608640 A 说　明　书 4/14 页 出口朝下对着含砂量筒开口，其底部设有含砂阀，在含砂进水管下的中间大口径部位设有 一个中间设有光学玻璃的含砂滤网，含砂滤网目数达到含砂计量标准，含砂阀为三位的电 磁阀，可以实现开阀、关阀及筛网过滤阀三种状态，筛网过滤阀的目数比含砂滤网的目数高 得很多；在激光模块旋转轴的一侧设有失水筒，失水筒的顶部设有一个失水轴承，其下设有 失水齿轮组,  其下设有失水齿轮组,  失水齿轮组为相互啮合的一对齿轮，失水齿轮组主动 轮连接有失水减速电机轴，失水齿轮组从动齿轮与失水螺母固定连接，失水丝杠的一端的 光轴与失水轴承连接，失水丝杠的另一端设有一个四棱方柱状的失水方杆；失水筒的下部 设有设有失水压筒，失水压筒上设有一个圆筒形的失水弹簧腔，内设有失水弹簧，失水弹簧 腔顶部设有开方形口，失水丝杠下设的失水方杆穿过方孔由挡环固定，挡环可压迫失水弹 簧在失水弹簧腔内伸缩，失水弹簧腔侧面设有失水弹簧腔键，失水弹簧腔键固定在失水筒 上，失水弹簧腔及与其连接的失水压筒只能沿着失水弹簧腔键及键槽方向下移动而不能转 动，失水压筒是下部敞口筒，失水压筒在失水压筒侧面设有失水加热器，一个失水压力传感 器穿过失水加热器连接到失水压筒内，在失水压筒侧面设有失水放气阀、失水进气阀、失水 进水阀、失水进液阀，失水进气阀通过管线连接到气罐连接，在失水筒内的下部左右侧各设 有一开口，左右两个滤纸卷有滤纸从开口中穿过，覆盖在失水滤失筒的上部，左右两个滤纸 设置在滤纸筒及电机支架上，其中一个滤纸与驱动电机连接，另一个滤纸轴上连接有卷簧， 在失水筒内的下部设有一个呈圆柱筒上设圆形盖板的失水滤失筒，失水滤失筒的盖板中心 设有一个小失水滤液孔，盖板上设有一片圆形失水滤网盖住失水滤液孔，失水滤网的四周 设有一圈密封槽，内设失水密封圈，失水滤失筒盖板的下方设有一个失水积液漏斗，失水积 液漏斗出口处对设有两片金属板，两片金属板分别连接正负极性的电极，组成极板式的失 水电容传感器，失水电容传感器与检测电路板连接；失水取液器的底侧设有失水导液管，失 水导液管的另一端与失水量筒连接，失水量筒底部设有失水量筒阀；在激光模块旋转轴的 一侧的箱体壁上设有一个固相滑轨，固相滑轨上设有固相游车，与固相游车连接有固相丝 杠螺母的螺母，固相丝杠螺母的丝杠连接有固相电机轴，固相游车与固相蒸发罩连接，在固 相蒸发罩下与其正对设有一个固相盛液杯，固相盛液杯开口与上部固相蒸发罩开口相对 应，固相进液筒由管线连接固相进液阀,最后穿过固相盛液杯杯壁进入杯中;固相盛液杯的 四周设有固相加热器，固相清洗头朝向固相盛液杯杯口，固相清洗头的连接固相清洗阀连 接到水泵上；固相清洗阀侧面设有与气泵连接的固相清洗头；固相蒸发罩的内设有一个固 相刮泥塞杆，固相刮泥塞杆底端与固相刮泥塞连接，固相刮泥塞的周边设有密封槽及耐温 密封圈，与固相盛液杯内壁圆筒紧密配合，当固相蒸发罩盖在固相盛液筒上密封时，固相刮 泥塞恰好抵紧固相盛液筒的底面；固相蒸发罩的一侧设有一个固相出气管与冷凝器的入口 端连接，冷凝器为块状金属，其内部设有一光滑的孔道，孔道从块状金属的高端进入，由块 状金属的低端引出，冷凝器与固相蒸发罩设置成一体，冷凝器可随固相蒸发罩沿垂直放向 移动，冷凝器出口端下设一个朝上的固相喇叭口，固相喇叭口的另一端连接到固相量液筒 上，固相喇叭口上部与冷凝器的低端出口之间，靠近固相喇叭口对设有两片金属板，两片金 属板分别连接正负极性的电极，组成极板式的固相电容传感器，固相电容传感器与检测电 路板连接；在箱体的表面设有LCD按键屏，LCD按键屏与控制箱及单片机由数据线缆连接，显 示装置当前工作状态、检测的参数值、电源及故障提示；LCD按键屏、激光测距模块、失水减 速电机、含砂电机、含砂阀、含砂量筒阀、流变性电机、电动阀门、上压力传感器、驱动筒电磁 12 CN 111608640 A 说　明　书 5/14 页 铁、风扇、电动阀门、流变性旋转电机、抽液泵电机、激光模块电机及主动轮、无线数传模块、 流变性进液阀、泵进口阀门及管线、吸排水阀、下压力传感器、PH值检测传感器模块，滤纸筒 及电机、含砂进液阀、含砂进水阀、失水清洗阀、失水进液阀、失水放气阀、气泵、固相进液 阀、水泵、固相加热套、固相清洗阀、固相加热器、固相丝杠螺母、固相电容传感器、固相电 机、油水分界检测器分别通过数据及动力线缆与控制箱及单片机连接，失水减速电机、含砂 电机、流变性电机、流变性旋转电机、抽液泵电机、滤纸筒及电机、固相电机分别通过动力及 信号线与控制箱及单片机连接，每个电机在其轴与固定架之间分别设置一个磁编码器，每 个磁编码器的信号线缆与控制箱及单片机连接，装置中的各种水阀通过水管路连接到水泵 上，装置中的各种取液阀通过液管路连接到抽液泵上，装置中的远程无线终端通过终端上 的无线数传模块与控制箱及单片机的无线数传模块无线通讯连接，远程无线终端与网络连 接；控制箱及单片机上设有微控器、时钟、继电器、温度传感器；图中所示的失水减速电机、 含砂电机、流变性电机、流变性旋转电机、抽液泵电机、激光模块主动轮及电机、滤纸筒及电 机、固相电机，每个电机在其轴与固定架之间分别设置一个磁编码器，每个磁编码器信号线 缆与控制箱及单片机连接，控制箱及单片机设有一电源线由接头穿过箱体引出到箱外。 出厂时，工作人员预先测量出计量组件的位置、高度、电机磁编码参数及初始值， 包括：马氏漏斗取液500毫升时激光测页面高度，马氏漏斗放液200毫升后的激光测液面高 度，激光模块测量的含砂进液筒取液高度、固相进液筒取液高度、失水进液筒取液高度，取 液量及对应的抽液泵电机注液时磁编码数和取液完成时磁编码数，无泥饼时的滤纸面高 度，失水量筒空杯高度，空置时PH值检测传感器模块数据，蓄水槽最高水位，蓄水槽最低水 位，固相刮泥塞的最高位置及最低位置时，固相电机相应的磁编码数，激光测距模块激光束 到达含砂量筒、失水量筒、蓄水槽、固相液量筒、马氏漏斗处时激光模块电机及主动轮的磁 编码值，进液阀出口接头和进水阀及管线出口接头与激光测距模块发出激光束的偏移距 离,电容传感器空置无水滴经过时的电容基准值。 使用时，将泵进口阀门及进口管线及钻井液回液管插入要取样的高架槽泥浆中， 并将泵筒的电源连接接到电源上，将氮气罐的减压阀调至失水测量所需的压力，通过LCD按 键盘加电开启系统，控制箱及单片机系统进行设备初始化（以后简称系统），系统根据流变 性旋转电机磁编码器返回信号，给流变性旋转电机发出控制脉冲信号控制其转动，流变性 旋转电机转动带动同步主动轮及其上的主轴筒转动，主轴筒转动带动旋转测量头转动，当 旋转测量头的取液槽及注液管正对上层平台上一个流变性量液杯的杯口中心处停止转动； 系统控制关闭所有阀门，开启马氏漏斗阀门，同时，关闭每个流变性量液杯的电动阀门；系 统控制激光模块电机及主动轮转动，带动激光模块旋转平台转动，带动激光模块旋转平台 上的激光模块旋转轴转动，带动激光测距模块转动，当激光测距模块的测量头对马氏漏斗 中心液面时，系统控制停止转动，系统控制关闭马氏漏斗阀门，这时系统控制将流变性进液 阀和泵进口阀门及进口管线开启，系统控制抽液泵电机动作将驱动泵活塞在泵缸套内移动 到最上端，系统控制将流变性进液阀关闭，将泵进口阀门及进口管线开启，控制抽液泵电机 转动，带动丝杠及螺母组合中的丝杠绕螺母转动，驱动泵活塞在泵缸套内向下移动，将钻井 液由泵进口阀门及进口管线抽入泵的缸套内，泵活塞行进到下端后停止，这时，系统关闭泵 进口阀门及进口管线并开启流变性进液阀，再控制泵活塞向上移动，将钻井液经过取液管 将钻井液泵入马氏漏斗中，系统通过激光测距模块发出激光束测量液面高度，当马氏漏斗 13 CN 111608640 A 说　明　书 6/14 页 中的钻井液液面达到500毫升液面高度时，控制系统控制抽液泵停止工作，系统控制先检测 上压力传感器和下压力传感器值，通过计算上压力传感器与下压力传感器的差值，调用系 统预先测得的上压力传感器与下压力传感器高度差可计算出钻井液密度，通过控制箱及单 片机将测量数据通过无线数传模块发送给远程无线终端，至此，系统控制完成了钻井液密 度参数的测量及数据传输；系统控制开启马氏漏斗阀门并开始计时，马氏漏斗中的钻井液 从底部阀门流出，流入取液槽及注液管，流进流变性量液杯中，当激光测距模块检测到马氏 漏斗中的液面达到放完200毫升后液面高度后，系统停止计时，这时系统可测量出钻井液的 马氏漏斗粘度；这时，系统通过流变性旋转电机控制旋转测量头旋转一定角度，使得其上的 驱动筒电磁铁正对流变性量液杯的外转筒铁环，先给驱动筒电磁铁加电，再开启内筒轴电 磁铁将该流变性量液杯内的圆铁吸起，带动内筒略微提起，离开外传筒底部的微台阶，系统 控制流变性电机转动，通过流变性电机带动主驱同步轮转动，并带动驱动筒同步带轮及驱 动筒转动，驱动筒带动驱动筒电磁铁转动，驱动筒电磁铁靠磁力带动与其相对并未接触的 外转筒铁环转动，最终带动外转筒转动，外转筒转动带动周边的钻井液旋转，外转筒用每分 钟600或300转旋转10秒后停止转动，系统再控制外转筒以每分钟3转旋转，这时，外转筒通 过粘稠钻井液带动内筒旋转一定角度，内筒带动内筒轴电磁铁、及旋转测量头的检测装置 动作，感应钻井液切力参数，将参数传送给控制箱及单片机，系统读取一定时间内旋转最大 角度值，可应用数学模式计算出旋转切力，作为初始值存储；系统控制给内筒轴电磁铁断 电，将该内筒放回外转筒底坐好，再给驱动筒电磁铁断电，该流变性量液杯的钻井液处于静 置状态，等待静置10分钟后再来称量终止值；这时，系统控制旋转测量头转动，将其转到下 一个流变性量液杯下，重复进行系统对第一个流变性量液杯所进行的旋转及称量动作，读 取第二个流变性量液杯的参数数据，……，当到达10分钟时，系统控制旋转测量头转到第一 个流变性量液杯位置，重新开启驱动筒电磁铁和内筒轴电磁铁，吸起内筒，驱动筒带动外转 筒用每分钟3转的旋转速度旋转，读取测量切力最大值，作为终切力，这时，系统控制开启该 流变性量液杯的电动阀门，将流变性量液杯内的钻井液倒到倒液槽中，控制箱及单片机将 测量数据通过无线数传模块发送给远程无线终端，至此，系统控制完成了钻井液流变性参 数的测量及数据传输；系统控制激光模块旋转平台转动，将激光测距模块的激光测量头对 准含砂进液筒开口中心，其一侧的进液阀出口接头也对准砂进液筒开口，关闭所有阀门，开 启进液阀的进液阀，开启抽液泵，向含砂进液筒注入钻井液，同时系统通过激光测距模块测 量含砂进液筒内液面高度，达到取液高度时，关闭抽液泵，关闭进液阀，开启含砂进液阀，将 含砂进液筒内的钻井液放入含砂量筒中，间隔一定时间后，开启含砂进水阀，开启水泵向含 砂量筒注入水，激光测距模块对准含砂量筒透过含砂滤网的玻璃，测量混合液液面，当液面 达到取样量高度加上注水量高度时，系统控制关闭含砂进水阀，同时关闭水泵，控制驱动含 砂电机动作，控制电机轴所连接的含砂量筒绕轴摆动，达到摇晃及搅拌的作用，使得含砂量 筒内钻井液与注入水混合均匀，在控制含砂电机动作，将含砂量筒开口朝下倒立，这时，含 砂量筒内已经稀释的钻井液从含砂滤网中流出，将超过滤网目数的砂粒留在网内，控制含 砂电机动作，将含砂量筒开口朝上恢复原位，一部分砂粒自重落入筒底，重新开启含砂进水 阀，开启水泵，用水将滞留在含砂滤网上的砂粒全部冲入筒底，关闭含砂进水阀，关闭水泵， 开启含砂阀，将三位的含砂阀置于滤砂阀的位置，将砂粒留在筒底，将筒中的水排全部出， 系统控制激光模块旋转轴将油水分界检测器对准含砂量筒，测量砂粒顶面高度，即为含砂 14 CN 111608640 A 说　明　书 7/14 页 量，通过控制箱及单片机将测量数据通过无线数传模块发送给远程无线终端，至此，系统控 制完成了钻井液含砂参数的测量及数据传输；系统控制关闭所有阀门，开启取水清洗阀，洒 水将滤纸纸面润湿，控制滤纸筒及电机动作，控制滤纸筒退回，将润湿的滤纸置于失水压筒 的开口正下面，关闭取砂，失水减速电机转动，带动失水从动齿轮动作，带动失水螺母转动， 由于失水止推轴承支撑，失水丝杠带动端头方杆从失水弹簧腔中心方孔推动失水弹簧向下 移动，失水弹簧顶着失水弹簧腔及失水压筒移动，当失水压筒的底面压到滤纸面后，将滤纸 面与滤纸下面的失水取液器上部的密封圈贴紧，继续向下运行，失水丝杠下部的端头方杆 下压失水弹簧，使得失水弹簧腔及失水压筒压紧到失水取液器的密封圈上，这时，关闭所有 阀门，开启失水放气阀，系统控制激光模块旋转平台转动，将激光测距模块的激光测量头对 准废液池，其一侧的进液阀出口接头液对准废液池，开启进液阀，开启抽液泵，将管线中残 留的钻井液排出，停止抽液泵，系统控制激光模块旋转平台转动，将激光测距模块的激光测 量头对准含失水进液筒开口中心，其一侧的进液阀出口接头也对准砂失水进液筒开口，开 启抽液泵，向失水进液筒注入钻井液，同时系统通过激光测距模块测量失水进液筒内液面 高度，达到取液高度时，关闭抽液泵，关闭进液阀，开启失水进液阀，将钻井液流入失水压筒 中，关闭失水进液阀，关闭失水放气阀，开启失水进气阀，用气罐的氮气给失水压筒充气，当 系统检测失水压力传感器的值低于失水额定压力值时，系统会通过数传模块向远程无线终 端报警，提示用户调节减压阀或更换气罐，气罐处于恒定的压力状态，在气压作用下，失水 压筒内的钻井液透过滤纸滤出到失水取液器中穿过小孔，滴入失水积液漏斗，当水滴从失 水电容传感器检测到水滴流过，系统开始计时，失水压筒的气体压力将钻井液中的液体压 出，流经失水导液管，流出的液体流经PH值检测传感器模块，系统检测出钻井液的PH值，最 后流入到失水量筒中，系统控制激光模块旋转平台转动，带动激光模块旋转轴上的油水分 界检测器正对失水量筒，当计时到30分钟时，系统计量失水量筒的高度值，换算成失水量， 控制箱及单片机将测量数据通过无线数传模块发送给远程无线终端，至此，系统控制完成 了钻井液失水及PH值参数的测量及数据传输，系统控制关闭失水进气阀，开启失水放气阀， 将失水压筒内的高压气体慢慢排出，系统控制开启失水量筒阀，将失水量液杯内的液体排 空，并通过开启进水阀及管线的进水阀,对失水压筒、失水进液筒进行水洗；系统控制将所 有阀门关闭，控制固相电机动作，带动固相丝杠及螺母的丝杠转动，控制与螺母连接的固相 游车移至最高点，带动其上的固相蒸发罩离开固相盛液杯，将固相盛液杯的开口朝上后停 止，系统控制激光模块旋转平台转动，将激光测距模块的激光测量头对准废液池，其一侧的 进液阀出口接头液对准废液池，开启进液阀，开启抽液泵，开启一定时间，将管线中残留的 钻井液排出，停止抽液泵，控制激光模块旋转平台转动，将激光测距模块的激光测量头对准 含固相进液筒开口中心，与激光测量头邻近的进液管端头也对准砂固相进液筒开口，开启 抽液泵，向固相进液筒注入钻井液，同时系统通过激光测距模块测量固相进液筒内液面高 度，达到取液高度时，关闭抽液泵，关闭进液阀，开启固相进液阀，固相进液筒内钻井液流入 固相盛液杯中，关闭固相进液阀，同时关闭抽液泵电机，控制固相电机动作带动游车移至最 低点，带动其上的固相蒸发罩抵近固相盛液杯，并压到固相盛液杯开口的密封圈上压紧，系 统控制固相加热器对固相盛液杯内的钻井液加热，逐渐有蒸汽冒出，蒸汽通过设在固相蒸 发罩底部一侧的固相出气管排流出，进入冷凝器的入口，经过冷凝器内的斜管，由于金属块 本身有一定的热容量，高热蒸汽经过冷凝器内的斜管温度会逐渐降低，最后凝结成液体，从 15 CN 111608640 A 说　明　书 8/14 页 冷凝器的出口流出，经过固相电容传感器滴落到固相喇叭口中，液滴最后最终流到固相量 液筒中，经过一段时间加热后，钻井液中的逐渐被蒸发冷凝流入到固相量液筒中，系统应用 固相电容传感器及检测电路，监控冷凝器的出口端流体状况，当出口不再有流体流出时，表 明固相盛液杯内的液体已经被全部蒸发，杯内残留蒸发后的钻井液固体，系统控制激光模 块旋转平台转动，带动激光模块旋转轴上的油水分界检测器正对固相量液筒，测量固相量 液筒中液体的高度，系统驱动油水分界检测器，测得油、水液面高度，得出固相含量比例值， 控制箱及单片机将测量数据通过无线数传模块发送给远程无线终端，系统控制完成了钻井 液固相含量参数的测量及数据传输，这时，系统控制固相清洗阀开启，水从固相清洗头中喷 出，系统通过固相电机控制游车及固相蒸发罩、冷凝器上移，离开与其对合密闭的固相盛液 杯，与此同时，刮泥板连接轴随着固相蒸发罩上移，带动与其连接的固相刮泥塞上移，将固 相盛液杯的固体一起带出，固相刮泥塞上的固相残留物被水射流冲走，然后，固相清洗头继 续清洗下面的固相盛液杯，如此多次，将固相盛液杯清洗干净，系统控制开启固相量筒阀， 将固相量液筒内的液体排空，并通过开启进水阀及管线的进水阀,对固相进液筒进行水洗, 等待下一次的固相含量参数采集，至此，也完成了一整套的钻井液综合参数的采集及传输， 如此周而复始，实现对钻井液参数的自动连续采集，并将得到的测量数据用数传模块传送 到驻井房无线接收终端中，或由GPRS手机无线网络将数据传送到远程数据中心，进行数据 分析及存储管理。 本发明结构新颖，解决了多年来人工测量钻井液效率低、目视测量读数不精准的 问题，可以实现对钻井液性能的连续自动测量及参数采集，及时的钻井液参数采集对井下 生产安全及钻井液优化处理意义重大，将提升钻井生产技术现代化管理水平。 附图说明： 图1为本发明一种石油钻井液性能参数测量及传输装置结构示意图。 图2为本发明的旋转测量头部分及其对应流变性量液杯结构示意图。 图3为本发明的旋转测量头部分及其对应流变性量液杯另外一种结构示意图。 图4为本装置的现场安装示意图。 图5为本发明的油水分界检测器结构示意图。 图6为本发明的失水滤失筒结构示意图。 图7为本发明的舵机阀门结构示意图。 如图1所示，本发明一种石油钻井液性能参数测量及传输装置，一种石油钻井液性 能参数测量及传输装置，由进气管端头1、进水管端头2、激光测距模块3、进液管端头4、激光 模块横梁5、含砂进液筒6、含砂进液阀7、含砂电机8、固相含砂齿轮组9、含砂旋转接头10、失 水压筒11、含砂进水管12、含砂滤网13、含砂量筒14、含砂阀15、固相量液筒16、激光模块轴 承17、含砂量筒阀18、油水分界检测器19、马氏漏斗20、流变性电机21、上压力传感器22、旋 转测量头23、主轴筒24、取液管25、驱动筒26、驱动筒电磁铁27、流变性量液杯28、倒液槽及 回液管29、风扇30、电动阀门31、上层平台32、同步主动轮33、流变性旋转电机34、同步带35、 主轴筒同步轮36、主轴筒轴承37、抽液泵电机38、控制箱及单片机39、丝杠及螺母40、无线数 传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及管线44、激光模块旋转轴45、箱体46、废液管 线47、进排水阀及水管线48、废液池49、流变性进液阀50、下压力传感器51、流变性旋转接头 52、底层平台53、激光模块主动轮54、激光模块电机55、激光模块同步带56、激光模块旋转平 16 CN 111608640 A 说　明　书 9/14 页 台57、进液阀58、进水阀59、失水量筒60、PH值检测传感器模块61、滤纸筒及电机62、滤纸筒 及电机支架63、滤纸64、失水进液阀65、失水导液管66、含砂进水阀67、失水清洗头68、失水 清洗阀69、失水压力传感器70、失水积液漏斗71、失水取液器72、失水电容传感器73、失水滤 失筒74、失水弹簧腔75、失水进液筒76、失水进气阀77、失水放气阀78、气罐79、气泵80、蓄水 槽81、水泵82、加热套83、失水弹簧腔键84、失水弹簧85、固相刮泥塞86、固相清洗阀87、固相 盛液杯88、固相加热器89、固相清洗头90、固相刮泥塞轴91、固相电容传感器92、固相喇叭口 93、固相出气管94、固相蒸发罩95、冷凝器96、固相游车97、固相进液阀98、固相丝杠螺母99、 固相电机100、固相滑轨101、失水齿轮组102、固相进液筒103、失水方杆104、失水螺母105、 失水丝杠106、失水轴承107、失水减速电机108、LCD按键屏109、失水筒110、远程无线终端 111组成。 其中：马氏漏斗20、流变性电机21、上压力传感器22、旋转测量头23、主轴筒24、取 液管25、驱动筒26、驱动筒电磁铁27、流变性量液杯28、倒液槽及回液管29、风扇30、上层平 台32、同步主动轮33、流变性旋转电机35、主轴筒同步轮36、主轴筒轴承37、流变性进液阀 50、流变性旋转接头52、底层平台53、激光模块主动轮54、激光模块电机55、LCD按键屏109、 激光测距模块3、激光模块旋转轴45、激光模块轴承17、抽液泵电机38、控制箱及单片机39、 丝杠及螺母40、无线数传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及进口管线44、激光模块 旋转轴45、箱体46、废液管线47、进排水阀及水管线48、气罐79、气泵80、蓄水槽81、水泵82、 失水减速电机108、LCD按键屏109组成流变性参数检测组件。 含砂进液筒6、含砂电机8、含砂齿轮组9、含砂进水管12、含砂滤网13、含砂量筒14、 含砂阀15、含砂量筒阀18、油水分界检测器19、含砂进液阀7、含砂进水阀67、LCD按键屏109、 激光测距模块3、激光模块旋转轴45、激光模块轴承17、抽液泵电机38、控制箱及单片机39、 丝杠及螺母40、无线数传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及进口管线44、激光模块 旋转轴45、箱体46、废液管线47、进排水阀及水管线48、进液阀58、进水阀及管线59、蓄水槽 81、水泵82、远程无线终端111、LCD按键屏109组成含砂参数检测组件。 失水减速电机108、失水螺母105、失水弹簧85、含砂旋转接头10、失水压筒11、油水 分界检测器19、进液阀58、进水阀及管线59失水量筒60、失水量筒阀61、滤纸筒及电机62、滤 纸筒及电机支架63、滤纸64、失水导液管66、失水取液漏斗71、失水取液器72、失水电容传感 器73、失水滤失筒74、失水进液阀77、失水放气阀78、加热套83、失水筒110、LCD按键屏109、 激光测距模块3、激光模块旋转轴45、激光模块轴承17、抽液泵电机38、控制箱及单片机39、 丝杠及螺母40、无线数传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及进口管线44、激光模块 旋转轴45、箱体46、废液管线47、进排水阀及水管线48、失水进液筒76、气罐79、气泵80、蓄水 槽81、水泵82、远程无线终端111、LCD按键屏109组成失水参数检测组件。 固相量液筒16、油水分界检测器19、固相刮泥塞86、固相清洗阀87、固相盛液杯88、 固相加热器89、固相清洗头90、固相刮泥塞轴91、固相电容传感器92、固相喇叭口93、固相出 气管94、固相蒸发罩95、冷凝器96、固相游车97、固相进液阀98、固相丝杠螺母99、固相电机 100、固相滑轨101、固相进液筒103、LCD按键屏109、远程无线终端111、激光测距模块3、激光 模块旋转轴45、激光模块轴承17、油水分界检测器19、抽液泵电机38、控制箱及单片机39、丝 杠及螺母40、无线数传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及进口管线44、激光模块旋 转轴45、箱体46、废液管线47、进排水阀及水管线48、气罐79、气泵80、蓄水槽81、水泵82组成 17 CN 111608640 A 说　明　书 10/14 页 固相含量参数检测组件。 上压力传感器22、下压力传感器51、LCD按键屏109、抽液泵电机38、控制箱及单片 机39、丝杠及螺母40、无线数传模块41、泵活塞42、抽液泵43、泵进口阀门及进口管线44、激 光模块旋转轴45、箱体46、废液管线47、远程无线终端111、LCD按键屏109组成密度参数检测 组件。 含砂阀15为三位阀门，是一种带有角位移步进电机控制的L型三通阀门，角位移步 进电机输出轴与阀门转轴连接，阀门上设有一个进口，两个出口，转第一个120°角对应第一 个出口阀门开启，另一个关闭；再转120°角对应第二个出口阀门开启，第一个关闭；再转 120°角两个阀门全部关闭。 如图2所示，旋转测量头23由磁性编码器及电路板112、磁铁113、磁铁座114、上弹 簧座115、上弹簧塞116、主驱同步带轮117、流变性电机轴承118、主驱同步带119、游丝弹簧 120、下弹簧塞121、下弹簧座122、弹簧组件轴承123、电滑环124、驱动筒同步带轮125、中心 筒126、测量轴轴承127、轴承盖128、测量轴129、挡泥环130、内筒轴电磁铁131、内筒轴及铁 芯132、驱动筒电磁铁27组成，其结构组装关系如下：旋转测量头23内设有一隔板，隔板上并 设有流变性电机轴承118与一个框架，流变性电机21的主轴穿过隔板与流变性电机轴承118 连接，流变性电机轴承118上设有主驱同步带轮117，框架顶层中心设有上弹簧座115，上弹 簧座115设有上弹簧塞116,上弹簧塞116上部的游丝弹簧120上设有一磁铁座114，磁铁座 114上设有磁铁113，磁铁座114顶在顶板底面，顶板上中心有开口，顶板的上面设有磁性编 码器及电路板112；框架第二层中心设有中心筒126并与框架固定连接，中心筒126上部设有 一个弹簧组件轴承123，弹簧组件轴承123上部设有一个可绕轴承转动的下弹簧座122，下弹 簧座122内固定连接有下弹簧塞121，下弹簧塞121与下弹簧座122固定连接；中心筒126外侧 从上至下穿有一个电滑环124和两个测量轴轴承127，电滑环124和两个测量轴轴承127的外 侧设有驱动筒24, 驱动筒24顶部外侧固定设有驱动筒同步带轮125,用主驱同步带119将主 驱同步带轮117与驱动筒同步带轮125连接；轴承盖128穿过驱动筒24内将两个测量轴轴承 127固定，驱动筒24的底部设有驱动筒电磁铁27，驱动筒电磁铁27与外转筒136的外转筒铁 环132相对，驱动筒电磁铁27的动力线缆从驱动筒24内壁穿过两测量轴轴承127侧壁处的沟 与电滑环124的外圈线缆连接，电滑环124的内圈线缆随中心筒126的外壁引出，在驱动筒24 内侧的轴承盖128下设有一挡泥环130；与中心筒126顶部弹簧组件轴承123对应下部也设一 个轴承，一个空心测量轴129穿过弹簧组件轴承123，再从中心筒126中心穿过，最后由设在 中心筒126下的轴承穿出，测量轴129顶部连接下弹簧塞121，其下部设有内筒轴电磁铁131， 内筒轴电磁铁131的动力线缆穿过测量轴129的空心，由下轴承座120侧面引出，连接到控制 箱及单片机39上；驱动筒24底部环形面上设有环形的驱动筒电磁铁27，驱动筒电磁铁27的 动力线由其内壁引线贴管壁穿过挡泥环130、轴承盖128、下上两只测量轴轴承127连接到电 滑环124的接线端子上，由电滑环124的另一端引线穿越基座引出，连接到控制箱及单片机 39上；上弹簧塞116和下弹簧塞118之间连接有游丝弹簧117，在上弹簧塞116和下弹簧塞121 之间穿有一弹簧芯，弹簧芯用来保持上弹簧塞116和下弹簧塞121始终保持同心，同时，弹簧 芯可在上弹簧塞116孔中旋转，使用时，外转筒136通过粘稠钻井液带动内筒135旋转一定角 度，内筒135带动内筒轴电磁铁131、测量轴129、上弹簧塞116转角，带动上弹簧塞116上的磁 铁转角，由于游丝弹簧120连接的下弹簧塞121与下弹簧座122固定，下弹簧座122又与框架 18 CN 111608640 A 说　明　书 11/14 页 固定不动，外转筒136通过钻井液旋转带动内筒135产生的切力作用在游丝弹簧120上，使得 游丝弹簧120产生形变，当外转筒136旋转产生的切力与游丝弹簧120力形成平衡时，游丝弹 簧120形变的力就是要测得的切应力，上弹簧塞116转角时带动其上的磁铁113转角，与磁铁 113相对的磁编码器及电路板112感应到磁铁113转角所产生的脉冲，将脉冲信号传送给控 制箱及单片机39，系统读取一定时间内旋转最大角度值，可应用数学模式计算出旋转切力， 作为切力初始值存储。 如图2所示，流变性量液杯28由内筒135、外转筒136、电动阀门31组成，其结构组装 关系如下：在流变性量液杯28开口处设有一个支架，支架上设有外转筒轴承133，外转筒轴 承133轴内设有一底部通透的外转筒136，外转筒136内设有内筒135，内筒135的直径比外转 筒136小一些，内筒135上设有轴，轴顶部设有圆形铁芯的内筒轴及铁芯131，外转筒136底部 四周设有若干个向内伸出的微台阶，内筒135可以坐在微台阶上，流变性量液杯28侧面靠近 底部设有一段与杯内连通的管，管上设有电动阀门31。 如图3所示，为旋转测量头23另外一种结构形式，由磁性编码器及电路板112、磁铁 113、磁铁座114、上弹簧座115、上弹簧塞116、主驱同步带轮117、流变性电机轴承118、主驱 同步带119、游丝弹簧120、下弹簧塞121、下弹簧座122、弹簧组件轴承123、电动阀门31、电滑 环124、驱动筒同步带轮125、中心筒126、测量轴轴承127、轴承盖128、测量轴129、挡泥环 130、拨叉舵机137、弹簧顶尖138、顶坑139、拨叉140、内筒轴电磁铁131、驱动筒电磁铁27、拨 叉槽141、量液杯磁铁142、驱动筒铁环143组成，其结构组装关系如下：旋转测量头23内设有 一隔板，隔板上并设有流变性电机轴承118与一个框架，流变性电机21的主轴穿过隔板与流 变性电机轴承118连接，流变性电机轴承118上设有主驱同步带轮117，框架顶层中心设有上 弹簧座115，上弹簧座115设有上弹簧塞116,上弹簧塞116上部的游丝弹簧120上设有一磁铁 座114，磁铁座114上设有磁铁113，磁铁座114顶在顶板底面，顶板上中心有开口，顶板的上 面设有磁性编码器及电路板112；框架第二层中心设有中心筒并与框架固定连接，中心筒上 部设有一个弹簧组件轴承123，弹簧组件轴承123上部设有一个可绕轴承转动的下弹簧座 122，下弹簧座122内固定连接有下弹簧塞121，下弹簧塞121与下弹簧座122固定连接；中心 筒126外侧从上至下穿有一个电滑环124和两个测量轴轴承127，电滑环124和两个测量轴轴 承127的外侧设有驱动筒24, 驱动筒24顶部外侧固定设有驱动筒同步带轮125,用主驱同步 带119将主驱同步带轮117与驱动筒同步带轮125连接；轴承盖128穿过驱动筒24内将两个测 量轴轴承127固定，驱动筒24的底部设有驱动筒电磁铁27，驱动筒电磁铁27与外转筒136的 外转筒铁环132相对，驱动筒电磁铁27的动力线缆从驱动筒24内壁穿过两测量轴轴承127侧 壁处的沟与电滑环124的外圈线缆连接，电滑环124的内圈线缆随中心筒126的外壁引出，在 驱动筒24内侧的轴承盖128下设有一挡泥环130；与中心筒126顶部弹簧组件轴承123对应下 部也设一个轴承，一个空心测量轴129穿过弹簧组件轴承123，再从中心筒126中心穿过，最 后由设在中心筒126下的轴承穿出，测量轴129顶部连接下弹簧塞121，其下部设有内筒轴电 磁铁131，内筒轴电磁铁131的动力线缆穿过测量轴129的空心，由下轴承座120侧面引出，连 接到控制箱及单片机39上；驱动筒24底部外壁套接设有一个环形的拨叉槽141，拨叉槽141 设有环形槽面，拨叉槽141与其固定连接有一个驱动筒铁环143，驱动筒铁环143底面设有若 干个孔，每个孔内设有一个弹簧顶尖138，弹簧顶尖138为前面一个弹子后面有弹簧顶尖138 顶紧；与旋转测量头23对应的流变性量液杯28，其结构在图2结构上，将外转筒136上端面上 19 CN 111608640 A 说　明　书 12/14 页 设有若干个与弹簧顶尖138一一对应的顶坑139，上端面上还设有若干个孔，每个孔内镶嵌 有一块量液杯磁铁142；在旋转测量头23的下部两侧设有一个拨叉140，拨叉140为双尖叉， 前端伸出的双尖叉分别从左右叉入拨叉槽141中，拨叉140尾部连接在一起，并与电动阀门 31的驱动轴的曲柄连接，拨叉140的每个尖叉中段各设有一个支点，当电动阀门31的驱动轴 的曲柄转动时，带动拨叉140绕支点上下摆动，拨叉140的两个顶端各设有一段圆柱顶尖，圆 柱顶尖插入到拨叉槽141中，当拨叉140的顶端轴向上摆动时，控制环形的拨叉槽141沿着驱 动筒24向上移动，远离外转筒136上端面，当拨叉140的顶端轴向下摆动时，控制拨叉槽141 向下移动压紧外转筒136上端面，同时，驱动筒铁环143底面的若干个弹簧顶尖138压入外转 筒136上端面上的顶坑139中，且由外转筒136上端面上量液杯磁铁142与设置在拨叉槽141 底面的驱动筒铁环143吸紧，这样，可保证驱动筒24在旋转时能将扭矩传递给外转筒136；上 弹簧塞116和下弹簧塞118之间连接有游丝弹簧117，在上弹簧塞116和下弹簧塞121之间穿 有一弹簧芯，弹簧芯用来保持上弹簧塞116和下弹簧塞121始终保持同心，同时，弹簧芯可在 上弹簧塞116孔中旋转，使用时，外转筒136通过粘稠钻井液带动内筒135旋转一定角度，内 筒135带动内筒轴电磁铁131、测量轴129、上弹簧塞116转角，带动上弹簧塞116上的磁铁113 转角，由于游丝弹簧120连接的下弹簧塞121与下弹簧座122固定，下弹簧座122又与框架固 定不动，外转筒136通过钻井液旋转带动内筒135产生的切力作用在游丝弹簧120上，使得游 丝弹簧120产生形变，当外转筒136旋转产生的切力与游丝弹簧120力形成平衡时，游丝弹簧 120形变的力就是要测得的切应力，上弹簧塞116转角时带动其上的磁铁113转角，与磁铁 113相对的磁编码器及电路板112感应到磁铁113转角所产生的脉冲，将脉冲信号传送给控 制箱及单片机39，系统读取一定时间内旋转最大角度值，可应用数学模式计算出旋转切力， 作为切力初始值存储。 失水减速电机108、含砂电机8、流变性电机21、抽液泵电机38、激光模块电机55、滤 纸筒及电机62、固相电机100为步进电机或为带PWM控制的伺服电机，每个电机设有驱动器， 电机轴上设置有磁编码器，均为磁性旋转编码器，由芯片及电路板组成，每个电机轴端头各 设置一枚径向磁铁，磁性旋转编码器的芯片设置成靠近径向磁铁。 激光测距模块3为一个设有激光发射及接收模块的电路板，能精准测量激光发射 模块到目标点的距离。 无线数传模块41为具有天线能无线进行数据通讯的模块，或为支持手机无线网络 的GPRS数传模块。 控制箱及单片机39的单片机，设有微控器、时钟、温度传感器、继电器组以及接线 端子，设有电源可为装置中的各种电器供电，设有漏电保护器在设备漏电时及时切断供电 电源，控制箱及单片机39能通过脉冲信号、继电器控制信号实现系统对电机、阀门进行驱动 控制，能够将控制参数在LCD按键屏109上显示出来，并能用LCD按键屏109上的按键进行设 置。 远程无线终端111为连接有无线数传模块41的工控终端或计算机，终端上安装有 软件，具有参数存储及显示分析及远程传输功能。 箱体46内侧设有碳纤维加热及保温层，用来在冬季寒冷的季节，系统根据控制箱 及单片机39上的温度传感器芯片感应环境温度，当环境温度达到零下后，系统启动继电器 开启碳纤维加热层及保温层加热并保温，对箱体46及内部的设施进行防冻保温。 20 CN 111608640 A 说　明　书 13/14 页 失水压筒11、含砂进水管12、含砂量筒14、固相量液筒16、马氏漏斗20、取液管25、 驱动筒26、流变性量液杯28、倒液槽及回液管29、废液管线47、废液池49、流变性旋转接头 52、失水量筒60、失水取液器72、固相盛液杯93、固相蒸发罩95、失水筒110均做不沾涂层处 理，便于清洗。 含砂量筒14、固相量液筒16、失水量筒60均为玻璃或亚克力类高透明的材质制成， 筒体上设有刻度。 风扇30用来对流变性量液杯28及倒液槽及回液管29进行表面除泥，当系统运行一 段时间后，可启动程序控制旋转测量头23旋转，带动风扇30旋转，对每个流变性量液杯28及 倒液槽及回液管29进行除泥，驱使钻井液从流变性量液杯28流到倒液槽及回液管29中，最 终排到钻井液系统中。 PH值检测传感器模块73为标准的PH值检测仪器，带有数据输出接口。 失水放气阀78上设有消音器。 固相加热器90为电阻丝式加热器，或为碳纤维材料加热器。 当系统测量高温高压失水时，启动加热套83控制开关，通过加热套83给失水压筒 11内钻井液加热，加热套83内设电加热材料及测温电阻，系统可以检测控制失水压筒11的 加热温度。 失水电容传感器73、固相电容传感器92与检测电路板连接组成水滴检测电路，由 于水的介电常数很大，所以水滴通过电容器两极板之间时电容量变化很大，设计电路检测 电容传感器极板间的电容变化，可判断出电容传感器极板之间是否水滴经过，将检测结果 传送给控制箱及单片机39。 失水轴承107为止推轴承，能承受单向大推力负载。 磁铁113为径向充磁的磁铁，磁编码器及电路板112为旋转变压式角度传感器或磁 敏感角度传感器，将磁铁113旋转磁场变化形成数字信号，传送给控制箱及单片机39，指示 游丝弹簧120旋转的角度。 磁铁座114要由非导磁的材料制成，如塑料或非导磁金属，如铝、筒、不锈钢。 电滑环124是一种旋转线缆接头，设有接头内筒和接头外筒及轴承，多束线缆连接 到与接头外筒旋转的金属滑环片上，另一束线缆连接到接头内筒的金属滑道上，接头外筒 的金属滑环片与接头内筒的金属滑道接触，这时电流就可以在内外筒高速旋转时实现线缆 的连接。 挡泥环130是用来遮挡测量轴轴承127，防止旋转的钻井液喷溅到轴承内。 气罐79为带有减压阀的氮气罐。 气泵80为空气压缩机，或为车辆微型气泵，其连接的气管线分别引到失水压筒11、 含砂进水管12、含砂量筒14、固相量液筒16、马氏漏斗20、固相蒸发罩95开口处，用来通过气 吹对固相蒸发罩95、失水压筒11、上残留钻井液进行辅助清洗，减少清洗用水量。 图4为本装置的现场安装示意图，图中A为石油钻机，B为钻井液高架槽，C为钻井液 振动筛，泵进口阀门及管线44、箱体46、废液管线47、与进排水阀及水管线48的管路安装图。 图5为本发明油水分界检测器19的结构示意图，由图像识别单片机145和工业照相 机144组成；油水分界检测器19能检测含砂量筒14内的含沙量，检测失水量筒60含水量，检 测固相量液筒16内油水含量比；以测量固相量液筒16为例，在固相量液筒16的一侧设有图 21 CN 111608640 A 说　明　书 14/14 页 像识别单片机145，其上设有工业照相机144，使用时，系统控制图像识别单片机145和工业 照相机144，拍照固相量液筒16液面图片，图片上拍摄到固相量液筒16的液面图像及玻璃管 刻度图像，由于图像与镜头的远近不同会造成图像比例失真，因此，先根据物理位置关系， 按几何坐标关系对图像进行几何校正，得到正视无视角偏差的图像，应用图像识别软件，识 别出图像中玻璃筒的实体轮廓，通过对玻璃筒内实体的色彩识别，得到空气、油及水界面分 界线坐标数据，同样也识别出玻璃管刻度线坐标数据，以刻度线坐标数据作为基准对整个 坐标系进行标定，根据标定后的坐标系求出空气、油及水界面分界线实际高程数据，计算出 钻井液固相中油水含量的百分比，图像识别单片机145将计算结果通过串口数据线传给控 制箱及单片机39。 图6为本发明失水滤失筒74的结构示意图，在失水筒110的下部设有一个呈圆柱筒 上设圆形盖板的失水滤失筒74，失水滤失筒74的盖板中心设有一个小失水滤液孔147，盖板 上设有一片圆形失水滤网146盖住失水滤液孔147，失水滤网146的四周设有一圈密封槽，内 设失水密封圈148，失水滤失筒74盖板的下方设有一个失水积液漏斗71，失水积液漏斗71漏 斗出口处设有失水电容传感器61，失水进液筒74的底侧设有失水导液管66，失水导液管66 的另一端与失水量筒60连接。 在钻井液性能参数测量及传输装置上，采用激光测距模块3对含砂进液筒6、失水 进液筒76、固相进液筒103内的取液高度进行计量，根据筒内截面积与高度的乘积，折算出 取液量。 在钻井液性能参数测量及传输装置上，应用控制图像识别单片机145和工业照相 机144组合，通过高性能的ARM单片机，拍摄量筒图像并识别的方式，实现对含砂量筒14内的 含沙量、固相量液筒16内的油水分界量、失水量筒60内的失水量进行计量读取。 在钻井液性能参数测量及传输装置上，应用极板式的电容传感器，应用失水电容 传感器73和固相电容传感器92，实现实时地记录分析检测过程中滴水情况，进行检测及采 集的进度控制。 电动阀门31为普通电动球阀，或为手柄球阀和舵机组合形成的舵机阀门，图7为本 发明电动阀门31为舵机阀门的结构示意图，舵机阀门其结构组装关系如下，将普通手柄阀 门的手柄卸去，换上一个中心带有四方轴孔的舵机转盘152，轴孔套在阀门轴杆155的顶部 方柱上，舵机150和阀体158由阀门支架157连接，阀门进口149，阀门出口159，球阀156由轴 杆155与阀门转盘154连接，阀门转盘154与舵机转盘152固定连接，舵机转盘152与舵机轴杆 151连接，使用时，通过控制舵机轴杆151转动，带动舵机转盘152的转角，带动阀门转盘154 转动，阀门转盘154带动球阀156转动，实现阀门的开关及角度控制。 22 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 1/7 页 图1 23 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 2/7 页 图2 24 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 3/7 页 图3 25 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 4/7 页 图4 26 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 5/7 页 图5 27 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 6/7 页 图6 28 CN 111608640 A 说　明　书　附　图 7/7 页 图7 29