振動弦粘度計的製作方法

2023-05-20 13:20:06

專利名稱：振動弦粘度計的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及井下流體的粘度測量，更具體地，涉及振動弦粘度計。
背景技術：
在井下石油和天然氣探測領域，在天然或原地條件下流體特性測量對勘探員了解 地下形成的經濟效益來說是一件重要的工具。在所關注的流體特性之中，粘度較受關注。然 而，已經確定這種流體特性的井下環境會導致用於收集數據的工具產生一些問題。比如，井 下環境中熱量、衝擊、壓力和振動可以導致工具的性能下降和/或測量精度的降低。

發明內容
此處公開了一種振動弦粘度計。在所述的一些實施方式中，振動弦粘度計殼體包 括穿過殼體的出油管，以使第一弦露出至井下流體；殼體中的空腔，以保持磁體並傳導從出 油管到信號發生器的一條或多條額外的弦；機械地連接到殼體的第一和第二導電桿，以在 出油管內保持第一弦處於拉伸狀態；以及機械地連接到殼體以通過井下流體阻止到達磁體 的密封件。在一些另外的實施方式中，振動弦粘度計包括信號發生器以及殼體。示例的殼體 包括第一出油管和與第一出油管流體連接的空腔，其中可移除傳感器塊被插入到空腔中。 示例的可移除傳感器塊包括第二出油管，當滑塊被插入到空腔中時，第二出油管大體上與 第一出油管對齊，磁體穿過出油管產生磁場，第一和第二導電桿將導電線保持在第二出油 管內，以及第一和第二信號線將第一和第二傳導杆中的相應一個電連接到信號發生器上。另外一些示例的振動弦粘度計包括金屬殼體，該殼體具有空腔和與該空腔流體地 分離的出油管，第一和第二導電桿與金屬殼體電絕緣並從空腔延伸至出油管，在第一和第 二導電桿之間保持處於拉伸狀態以響應於電力信號振動的導電線，磁體位於空腔內並平行 於導電線延伸，藉助至少空腔來電連接到第一和第二導電桿的分析器，從而根據導電線的 振動確定粘度，以及填充空腔的封裝材料以從出油管和圍繞著金屬殼體的井下流體與空腔 流體地分離。在一些其它的實施方式中，振動弦粘度計包括具有出油管的殼體，以使得井下流 體流動通過出油管，響應於交流電而在出油管內振動的弦，連接到殼體的罩子，使線在出油 管內保持拉伸的第一和第二導電桿，其中第一和第二導電桿在殼體和罩子之間被氣密地密 封，以及電連接到第一和第二導電桿上以測量線上反向電壓從而確定井下流體粘度的分析器。


圖1描繪了從鑽井設備上懸掛進入井眼內的鋼絲繩工具，且其採用了此處所述的 示例粘度計。圖2描繪了採用了此處所述的示例粘度計的鑽井工具。
圖3為圖1所述的流體取樣系統的井下工具部分的示意圖。圖4為具有封裝密封的示例性振動弦粘度計的剖面圖。圖5為圖4中示例性的振動弦粘度計的正視圖。圖6為具有柔性金屬罩密封的示例性的振動弦粘度計的剖面圖。圖7為具有氣密密封杆的示例性的振動弦粘度計的剖面圖。圖8為圖7中示例性的振動弦粘度計正視圖。圖9為具有包括磁體的蓋子的示例性的振動弦粘度計的剖面圖。圖10為圖9的示例性的振動弦粘度計的正視圖。圖11為包括可移除傳感器塊的示例性的振動弦粘度計的剖面圖。圖12為圖11中示例性的振動弦粘度計的俯視圖。圖13為圖11中示例性的可移除傳感器塊的等軸視圖。圖14為兩個所示出的弦和杆構形之間弦拉伸和杆伸張關係的曲線圖。圖15為保持弦拉伸的示例弦和杆構形的示意性視圖。圖16為保持弦拉伸的示例弦、杆和出油管構形的示意性視圖。圖17A-17F示出為弦提供交流電的示例弦、杆和出油管構形。圖18為包括電磁體的示例性的振動弦粘度計構形的示意圖。圖19為包括可移除出油管的示例性的振動弦粘度計構形的示意圖。
具體實施例方式一些實施例通過上述附圖和下面詳細的描述而得以展示。在所描述的這些實施例 中，相似或相同的參考數字用於代表相同或相似的元件。為了清楚和/或簡明，附圖不需要 改變大小，且附圖的一些特徵和視圖可以放大顯示或示意性顯示。因此，下面描述的示例系 統，本領域技術人員可輕易地理解這些實施例並非單一的實施該系統的方法。在此處說明示例振動弦粘度計的不同方面和/或特徵。很多這些不同方面和/或 特徵可結合起來實現這些方面和/或特徵的各自的優點。這是說明的振動弦粘度計的不同 應用和實施方式相對於其它的結合而言可從下述說明的特徵的一些結合中得益。此處說明的示例性振動弦粘度計可用來在地下流體取樣過程中和/或分析操作 期間測量井下流體的粘度。在一些應用中，粘度計至少部分地被浸入井下流體中，井下流體 可以是腐蝕性的或對一些設備特別是電氣裝置比如傳感器或類似物有害。因此，此處說明 的一些示例振動弦粘度計包括具有出油管和兩個溝槽的金屬殼體。金屬殼體和振動弦可以 很小，以提高井下工具的空間效率。出油管可使得流體流過示例粘度計，導電線可安裝在出 油管中。在一些實施例中，導電線在兩個導電桿之間保持拉伸狀態，導電桿在兩個溝槽之間 橫穿過出油管，並與金屬主體電分離或絕緣。在一些另外的實施例中，溝槽可平行於出油管 地保持一個或更多的永磁體和電性拉伸的導電線以產生橫向於該線的磁場。在一些另外的 實施例中，磁體可採用一個或更多的電磁體來形成。電磁體可以安裝在出油管的一側或兩 側上以產生磁場。然後，示例性導電線可以連接到交流電源上來使導電線在磁場內以共振頻率振 動。示例導電線在流體內振動，這可緩衝導電線的振動，其緩衝量取決於流體的粘度。然後 分析器線路可以通過確定阻尼值來確定井下流體的粘度。
在一些實施例中，溝槽包括與金屬粘度計殼體的另一部分連接的金屬連接件。示 例金屬殼體可包括信號發生、測量、分析、和/或通信裝置以傳輸和接收傳向/來自金屬殼 體外的信號。在一些實施例中，溝槽內填充了非導電性封裝材料比如環氧樹脂、塑料或橡膠 模製材料。封裝材料可密封溝槽和包含在其中的成分免受(各)井下流體的作用。在一些 實施例中，封裝材料可將流體壓力傳遞到出油管來相對於圍繞著粘度計的(各)井下流體 來平衡出油管的壓力。在一些其他實施例中，可進一步通過金屬罩相對於井下流體密封溝槽。在這樣的 實施例中，金屬罩是柔性的以使得井下流體對溝槽內包含的封裝材料施加流體壓力，因而 平衡了出油管的壓力。在一些其它的實施例中，粘度計殼體設置有由可移除傳感器塊。一些示例的可移 除傳感器塊包括與粘度計殼體的出油管對齊的出油管，一個或多個的磁體，在出油管內振 動的弦，在殼體內與電元件電連接的外部電線。在示例的可移除傳感器塊插入到粘度計殼 體後，可安裝蓋子來保護可移除傳感器塊。還在另一些實施例中，殼體包括出油管和在出油管中保持拉伸狀態的振動弦。然 後安裝示例蓋，蓋子包括機械地附接並同時安裝到蓋上的一個或多個磁體。在安裝時，磁體 穿過振動弦產生磁場。仍然在其它一些實施例中，出油管可被插入到殼體中。出油管和殼體被密封以防 止井下流體進入到殼體中的元件。圖1描述了井下工具10，其從鑽井設備12上懸掛在井眼14中，且其採用了此處描 述的示例粘度計。井下工具10可以為能夠實施的地層評價和由鋼絲繩、鑽杆柱、螺旋管或 光滑管線傳送的任何工具。圖1中井下工具為傳統的鋼絲線工具，其通過鋼絲繩纜線16在 井眼14中從鑽井設備12張開並相鄰於地層F定位。井下工具10設置有取樣器18，適於相 對於井眼14的井壁20密封(此後稱為「壁20」或「井眼壁20」)並如箭頭所示從地層F將 流體引入井下工具10。備用活塞22和24輔助推動井下工具10的取樣器18抵靠井壁20。 另外或可選地，其它類型的密封裝置，比如雙管封隔器，可用來將地層流體引入到井下工具 10中，如美國專利No. 4860581中所公開的那樣。圖2描述了根據本發明來構造的另一個井下工具30。圖2中的井下工具30為鑽 井工具，其可以在一個或多個(或其自身)隨鑽測量(MWD)的鑽井工具、隨鑽測井(LWD)鑽 井工具或本領域公知的其它鑽井工具之間傳送。井下工具30附接到通過鑽井設備12驅動 的鑽杆32以形成井眼14。井下工具30包括取樣器18，適於對井眼14的井壁20進行密封， 以如箭頭所示從地層F將流體引入到井下工具30中。圖3為描述了流體取樣系統34的圖1中的井下工具10的一部分的示意圖。取樣 器18優選地從井下工具10的殼體35延伸，從而與井壁20接合。取樣器18設置有用來密 封井壁20的封隔器36。封隔器36接觸到井壁20，且與內襯於井眼14的泥餅封堵40形成 密封。泥餅的部分滲入井壁20並在井眼14周圍形成侵入帶42。侵入帶42包括汙染周圍 地層的泥和其它井眼流體，包括地層F和其中含有的一部分原始流體44。取樣器18優選地設置有評價出油管46。流體流通裝置的示例，比如取樣器和雙 管封隔器，用於將流體引入到出油管中，如美國專利No. 4860581和No. 4936139所描述的那 樣。
評價出油管46延伸進入井下工具10中，並用於傳輸流體，比如傳輸原始流體44進入井下工具10中用來測試和/或取樣。評價出油管46延伸到取樣腔50中用於收集原 始流體44的樣本或可重新導向以丟棄樣本。泵52可用來通過出油管46抽吸流體。雖然圖3顯示了用來從地層抽吸流體的井下工具的示例構形，本領域技術人員可清楚可以使用各種構形的取樣器、出油管和井下工具，且並非有意限定本發明的範圍。根據本發明，粘度計60關聯於井下工具10內的評價腔，比如評價出油管46用來 測量評價空腔內的流體的粘度。粘度計60的示例實施結合附圖4-19被更詳細地示出。井下工具30可以與井下工具10 —樣以類似方式設置有殼體35、取樣器18、流體 流動系統34、封隔器36、評價出油管46、樣本腔50、(各)泵52和粘度計60。圖4為採用封裝密封的示例振動弦粘度計400的剖面圖。圖5為圖4示例振動弦 粘度計400的正視圖。示例振動弦粘度計400可用來實現測量井下液體的粘度的圖3中描 述的(各)示例粘度計60。示例振動弦粘度計400包括使線404露出至井下流體的殼體402。示例殼體402 由金屬製成，比如鋼、鋁、Densiment D176(鎢合金)或另外一些高強度、相對惰性的金屬。 為使線404暴露至井下流體，在比如井下取樣和/或分析操作過程中，殼體402包括井下流 體流經的出油管46。井下流體通過流體地連接到出油管406的取樣管和/或通過至少部分 地浸入井下流體內的殼體402來流動於出油管406。在一些實施例中，採用鎢實現線404。示例殼體402進一步包括兩個空腔或溝槽408和410，磁體412和414放置其中。 磁體412和414產生穿過線404的磁場。在一些實施例中，磁體412和414為永磁體。在 其它實施例中，磁體412和414為以下的附圖18中示出的採用一個或更多電磁體的磁體。 如圖5中所示，磁體412和414分別位於溝槽408和410相應一個內，並在出油管406內產 生磁場(即，穿過線404)。為了支撐出油管406內的線404，示例振動弦粘度計400進一步包括兩個杆416和 418。如圖5所示，杆416和418在溝槽408和410之間靠近出油管406端部定位。示例杆 416和418電連接於線404以將交流電傳輸到線404。杆416和418進一步提供機械支撐以 保持線404在井下流體內大體不變地拉伸。線404的長度和張力直接影響到共振頻率，並 因此應該保持常態以獲得精確的測量。在所示實施例中，線404通過雷射焊接緊固到杆416 和418。在出油管406內以及溝槽408和410之間，杆416和418機械地連接到殼體402。 然而，杆416和418與殼體402電性分離或彼此絕緣以防止線404的短路。在一些井下流 體具有高腐蝕性的實施例中，杆416和418採用Inconel 和/或Hastelloy 實現。在一 些井下流體具有較低腐蝕性的實施例中，杆416和418採用Kovar 替代實現。示例殼體402還包括安裝有電子器件422在內的空腔420。電子器件422被構成 為使得線404振動(如信號發生器)，從而通過線404 (如分析器)測量井下流體的粘度， 和/或沿著鑽杆或鋼絲繩工具與額外的工具連接(例如通信工具)。示例空腔420藉助殼 體402保護電子器件422不受井下流體和壓力的影響。在一些示例的應用中，振動弦粘度 計400被安裝在流體取樣和/或分析工具上並通過鋼絲繩、鑽杆、卷繞管，和/或光滑管線 傳輸，這樣振動弦粘度計400的第一部分424露出至井下流體，而在工具內的第二部分受到 保護。所示出的虛線428示出了取樣和/或分析工具的示例壁，其中安裝了振動弦粘度計 400，這樣第二部分安裝在工具中。
為了將粘度計400的其它電子元件連接到電子器件422，示例溝槽408和410進一 步分別包括密封杆430和432。密封杆430和432通過相應的電線434和436以及通道438 和440電連接到電子器件422上。此外，密封杆430和432每個通過電線442和444連接到 杆416和418之一，以將電子器件422電連接到線404。示例密封杆430和432由BeCu (鈹 銅)合金製成。為了相對於溝槽408和410密封腔420和電子器件422，密封圈446和448 以及墊圈447和449可安裝在密封杆430和432以及相應通道438和440之間。示例密封 圈446和448採用雙層0型密封件，因為一些灌注材料450和452可以粘接到0型密封件的 外部且防止正確的密封。此外，墊圈447和449可以採用，比如，Kapton 使杆430和432 與殼體402絕緣。在已經組裝示例振動弦粘度計400後，溝槽408和410內的剩餘空間被封裝或灌 注材料450和452填充，這些材料比如可以是環氧樹脂、橡膠、塑料或其它任何合適的封裝 材料。在一些實施例中，環氧樹脂可用於實現灌注材料450和452，且利用塑模(如Viton )來保護灌注材料450和452不受井下流體的侵害。為了測量出油管406內井下流體的粘度，電子器件422 (如，信號發生器)以預定 頻率產生正弦信號或其它信號。信號從電子器件422向線434和442傳送。線442與杆 416電連接，從而將信號傳導到線404和另一個杆418。杆418電連接到電線444，其進一步 通過電線436連接到電子器件422上。因此，電子器件422對線404施加交流電。以特別 的頻率，取決於線404的長度和張力，線404在由磁體412和414提供的磁場內以共振頻率 振動。取決於圍繞著線404的井下流體的粘度，線404的振動會被緩衝和/或需要額外 動力以使線404以共振頻率繼續振動。(各)磁體越靠近振動線404，磁場強度和線404的 振動幅度越大。作為振動線404和磁場(如反電動力(emf))的結果，產生出反向電壓。反 向電壓通過電子器件422 (如分析器)測量，以確定井下流體的粘度。使用振動弦以確定流 體粘度的方法的進一步說明可在美國專利7222671中找到。圖6為具有柔性金屬罩密封602的示例振動弦粘度計600的剖面圖。示例振動弦 粘度計600包括部件402-422以及428-448，其與圖4中所描述的示例振動弦粘度計400中 相類似或相同。此外，示例溝槽408和410填充有封裝或灌注材料450和452。與圖4中振動弦粘度計400相反，封裝材料450和452不露出至圍繞著殼體402的 井下流體。作為替代，振動弦粘度計600包括緊固到殼體402上的柔性金屬罩602。罩602 防止井下流體和封裝材料450和452之間發生氣體吸收和/或其它反應。此外，示例金屬 罩602為柔性的，以使得井下流體對封裝材料450和452施加流體壓力。施加到封裝材料 450和452上的流體壓力進一步施加到附圖4內描述的出油管406上，以平衡由出油管406 流出的井下流體施加的流體壓力。金屬罩602可採用比如Inconel 718，在這個情況下附 圖標記718表示在該Inconel商標下可商業地採用的特定材料，而並不會成為附圖的任何 部分。為了將罩602緊固到殼體402上，罩602可通過焊接、銅焊、和/或採用任何其它 方式來使罩602和殼體402連接和密封。罩602可設置有填充孔604和606，由此溝槽408 和410可填充上封裝材料450和452。當溝槽408和410被填充時，孔604和606可被填充 或密封，以防止井下流體通道封裝材料450和452上。
圖7為具有氣密密封的柱708和710的示例振動弦粘度計700的剖面圖。圖8為 示例振動弦粘度計700的正視圖。示例振動弦粘度計700包括金屬殼體702，金屬殼體包括 出油管704。出油管704使得井下流體流入，比如，在井下流體取樣和/或分析操作中，以確 定井下流體的粘度。為了確定粘度，振動弦粘度計700進一步包括位於兩個導電桿708和 710之間保持在拉伸狀態的線706。杆708和710在殼體702和罩712之間採用非傳導性氣密密封714，716，718和 720機械地連接或緊固。氣密封接714-720可採用，比如玻璃、陶瓷、和/或任何其它非傳導 性材料以防止杆708和710與殼體702和/或罩710發生電接觸。然後，杆708和710可以與電子器件422電連接。電子器件422可包括信號發生 器、分析器、通信裝置、和/或其它電子元件以確定井下流體的粘度和/或與井下工具的其 它部分通信。示例電子器件422通過在殼體702中的通道728和730運作的電線724和 726與杆708和710電連接。通道728和730通過氣密封接716和720隔離井下流體。結 果，杆708和710比圖4-6中的示例杆416和418更易於安裝和連接到電子器件422。示例振動弦粘度計700可進一步包括溫度傳感器732，以確定井下流體的溫度。溫 度傳感器732通過氣密封接734機械地連接到殼體702上，並通過在通道738內延伸的電 線736電連接到電子元件422上。通道738通過氣密封接734與井下流體隔離。振動弦粘度計700進一步包括磁體740和742。在圖7所示的視圖中，磁體742被 磁體740擋住，沒有被示出。磁體740和742都顯示在圖8所示的正視圖中。在示出的圖8的視圖中，示例氣密封接716和720分別被氣密封接714和718擋 住。如圖8所示，出油管704使得井下流體流經殼體702。線706和柱708和710優選地不 妨礙井下流體流。像圖4-6中所示的磁體412和414 一樣，磁體740和742被插入殼體702內的溝 槽或腔744和746中。然而，腔744和746可小於圖4_6中的示例空腔408和410，因為密 封杆430和432不需要將線724和726連接到電子器件422上。事實上，示例空腔744和 746可製成精確地符合磁體740和742。在一些實施例中，剩下的空腔744和746可填充封 裝材料，比如在圖4-6中描述的封裝材料450和452。如上所描述，封裝材料可結合柔性罩 712使用，以平衡出油管704內施加到殼體702上的流體壓力。為了將示例線706和杆708和710安裝到出油管704內，罩712開始時可不連接 到殼體702上。此外，開始時可以不採用氣密封接714-720。參考圖7，杆708和710可插 入殼體702上的相應杆孔748和750中。然後，杆708和710通過通道728和730與電線 724和726電連接。當杆708和710與線724和726電連接時，杆708和710通過氣密密封 716和720與殼體702機械連接或緊固。例如，熔融玻璃或熔融陶瓷材料可應用至杆708和 710。然後，熔融玻璃或陶瓷冷卻和硬化，以形成氣密封接716和720。在其它一些實施例中，杆708和710在將杆708和710電連接到電線724和726 之前，密封定位。在這樣的一個實施方式中，杆708和710延伸穿過氣密封接716和720以 允許電連接至線724和726。然後，磁體742和744可插入相應溝槽744和746。可選地，磁體742和744可以 在安裝罩712之前的任何其它時間插入。空腔744和746同樣也可在將磁體742和744插 入或安裝罩712之後填充封裝材料。
在磁體742和744以及708和710插入之後，罩712可固定到殼體702。如果罩 712為金屬材料，罩712可焊接和/或銅焊到殼體702。當罩712進行固定時，杆708和710 至少部分地位於罩712的孔內。結果，當氣密封接材料施加到包含了杆708和710的孔中 時，氣密封接714和718可機械地連接杆708和710到罩712上。線706可在杆708和710已經安裝到殼體702之後的任何時間連接到杆708和 710。然而，如果在杆708和710已被連接到罩712上後，線706被連接到杆708和710上， 那麼由於杆708和710之間的線706的拉伸，杆708和710可以更多地不進行移動。圖9為具有包括磁體904和906的蓋902的示例振動弦粘度計900的剖面圖。示 例振動弦粘度計900可用來實施圖3中描述的示例粘度計60。如所示，蓋902機械地連接 到磁體904和906。通過將磁體904和906插入互補形狀的空腔910，示例蓋902以及磁體 904和906同時插入殼體908中。然後蓋902通過將蓋902焊接或銅焊至殼體908而被緊 固到殼體908上。焊接或銅焊密封住空腔910和磁極904和906不露出至可能損壞磁體 904和906的井下流體。殼體908進一步包括出油管912，其使振動弦914暴露至井下流體。示例出油管 912平行於磁極904和906延伸，並因此，磁體904和906在出油管912內穿過振動弦914 產生磁場。線914通過兩桿916和918被保持在出油管912中。圖9描述的視圖中，杆918 的視圖被杆916擋住。每個示例杆916和918藉由相應的電線920和922電連接到電氣器 件 422。圖10為圖9中的示例振動弦粘度計的正視圖。圖10所示的視圖顯示了杆916和 918以及線920和922之間的示例定位和連接。示例電線920和922可採用穿過殼體908 從電子元件422到達相應杆916和918的任何(各)路徑。圖11為包括可移除傳感器塊1102的示例振動弦粘度計1100的剖面圖。圖12為 圖11中示例振動弦粘度計1100的正視圖。示例振動弦粘度計1100可以用做圖3中描述 的粘度計60。殼體1104包括可將移除傳感器塊1102插入其中的溝槽或空腔1106。插入 可移除傳感器塊1102之後，罩或蓋1102可固定到殼體1104上。示例可移除傳感器塊1102包括出油管1110，磁體1112和1114，傳導杆1116和 1118，以及線1120。傳導杆1116和1118在出油管內將弦1120保持在拉伸狀態，以將線 1110浸入井下流體中。當通過弦1120傳導交流電時，弦1120可在由磁體1112和1114產 生的磁場內振動。為了將交流電提供到傳導杆1116和1118以及弦1120，可移除傳感器塊 1102進一步包括與傳導杆1116和1118其中的相應一個電連接的線1122和1124。示例電 線1122和1124與相應的杆1126和1128電連接和機械連接。杆1126和1128通過相應的 線1130和1132電連接到電子器件422。示例殼體1104還包括圖12所示的出油管1134和1136。當可移除傳感器塊1102 插入到溝槽1106中時，出油管1134和1136和出油管1110對齊。當出油管1134，1136和 1110對齊時，井下流體可自由地在線1120以及傳導杆1116和1118周圍流動。示例振動弦粘度計1100允許傳感器塊1102容易移除和/或替換。比如，可移除 傳感器塊1102可以配置為在弦1120上具有特定的拉伸以在特定的共振頻率範圍內振動。 在線1120上的拉伸對於所希望的井下流體粘度的範圍是理想的，但可能不適於高於或低 於希望的範圍之外的粘度。因此，另一個可移除傳感器塊還包括可配置來比線1120具有更高或更低的線張力。為了快速改變振動弦粘度計1100中線的張力，傳感器塊1102通過從 杆1126和1128分開線1122和1124並從溝槽1106中移走傳感器塊1102而被移除。然後， 將另一個可移除傳感器塊插入溝槽1106中，並將相應的電線緊固到杆1126和1128。然後， 蓋1108可被連接到或再次連接到殼體1104。圖13為圖11中示例可移除傳感器塊1102的等軸視圖。如上所述，可移除傳感器 塊1102包括將相應傳導杆1116和1118電連接到電子器件422的線1122和1124。線1122 和1124還可包括將線1122和1124機械地連接到杆126和1128的連接器1302和1304。出油管1110沿著可移除傳感器塊1102的長度延伸。然而，示例磁極1112和1114 可藉由，如不沿可移除傳感器塊1102的整個長度延伸的溝槽或空腔1306和1308，插入到可 移除傳感器塊1102中。在其它一些實施例中，空腔1306和1308沿可移除傳感器塊1102 的整個長度延伸以利於插入和移除磁極1112和1114。在一些實施例中，空腔1306和1308 中的一個或兩個端部被堵住，以防止磁極1112和1114掉出去。圖14為顯示了兩個已經描述過的線和杆構形1402和1404之間的線張力和線拉 伸關係的圖表1400。如上所述，振動弦粘度計的線部分的張力影響到振動的共振頻率。如 果張力太小，頻率可能會很低。類似地，如果張力太大，頻率可能會過高。通常建立所需的 頻率範圍以優化或調整信號強度來匹配信號分析器的頻率響應能力。圖14中示例圖表1400描述了兩個線張力和線拉伸關係或曲線1406和1408。示 例曲線1406描述了示例線和杆構形1402的線張力及線拉伸關係。示例曲線1408示出示 例線和杆構形1404的線張力及線拉伸關係。線和杆構形1402包括機械地連接到出油管1414上的兩個杆1410和1412。杆1410 和1412使弦1416保持在拉伸狀態。杆1410和1412緊緊地緊固到出油管1414的側面。因 此，杆1410和1412之間的任何拉伸都幾乎完全由弦1416的拉伸引起。相反，弦和杆構形 1404包括兩個機械地連接到出油管1422上的杆1418和1420。杆1418和1420將線1424 保持為拉伸。不同於杆1410和1412，杆1418和1420可響應於施加到線1424上的拉伸而 彎曲以增加或減少支撐點之間的拉伸。杆1418和1420的彎曲可通過改變杆1418和142的 厚度(如直徑)和/或採用不同的材料來調整。在一些實施例中，如圖17E和17F所示，杆 1418和/或1420可以是懸臂式杆以響應於施加到線1424上的拉伸而彎曲。線1424以及 杆1418和1420上的支撐點之間的每個額外拉伸單元在線1424上引起的伸張比在弦1416 上引起的拉伸要小，且施加在線1424上的所需張力範圍由於拉伸的範圍很大而更易獲得。 當出油管1422以及杆1418和1420由於井下溫度和壓力的條件下發生膨脹時尤為重要。線1406和1408的相應斜度分別取決於杆1410、1412、1418和1420的柔韌性。杆 1410、1412、1418和1420可以製造得更為或者不那麼柔軟，以容納不同長度的線和/或不同 尺寸的振動弦粘度計工具。更小的工具可使用更為剛硬的杆，比如杆1410和1412。相反 的，具有更多伸展空間的工具可以使用杆1418和1420以更容易地獲得所需的拉伸範圍。圖15為保持線張力的示例線和杆配置方式1500的示意圖。示例配置方式1500 可用於上面圖4-12所示和描述的任何的示例振動弦粘度計上。示例線和杆配置方式1500 包括杆1502、1504和1506。杆1502-1506機械地連接到出油管1508，通過這樣井下流體可 在取樣操作中流動以浸入振動線1510。示例杆1504和1506是傳導性的並可以將交流電輸 送到線1510以在磁場存在的情況以所需頻率引起線1510振動。
線1510進一步通過彈簧1512連接到杆1502。示例杆1502可以是非傳導性的，以 防止雜散電流或短路出現。彈簧1512使線1510處於大體上不變的拉伸以將共振頻率保持 在所需範圍內。彈簧1512可構形為使線1510處於拉伸情況並保持該線抵住杆1504。然後 線1504在杆1504和1506之間振動但不會使彈簧1512振動。圖16為保持所需線張力的示例線、杆、出油管構形1600的示意圖。示例配置方式 1600，就像圖15中所描述的配置方式1500，可用在圖4-12所示出和描述的任何示例振動弦 粘度計中。示例線、杆、出油管配置方式1600包括兩個出油管管道1602和1604。彈簧1606 推動出油管到1602和1604分開。第一桿1608機械地連接到第一出油管管道1602，第二桿 1610機械地連接到第二出油管管道1604。杆1608和1610之一或全部還分別連接到相應 管道1602和/或1604。杆1608和1610將線1612保持為拉伸，並穿過線1612引導交流電 以在磁場存在的情況下發生使線1612振動。彈簧1606使得出油管管道1602和1604分開，而線1612以及杆1608和1610將 管道1602和1604保持在一起。因此，由彈簧1606施加到管道1602和1604上的力受到施 加到線1612上的拉伸力的阻抗。因此彈簧1606可用來控制線1612的張力且將振動頻率 保持其在所需頻率範圍內。具有較高彈簧彈力或彈性常數的彈簧1606可以使線1612保持 較大的張力。相反，配置彈簧1606以使其具有較低的彈簧彈力或彈性常數，這可允許在線 1612上具有較小的張力。圖17A-17F示出了示例線、杆、和出油管配置方式1702、1704、1706、1708、1742和 1744以使得振動弦和支撐柱與出油管電性分開。示例配置方式1702、1704、1706、1708、 1742和1744可實施圖4-12中所示和描述的任何示例振動弦粘度計。圖17A示出利用非導電桿1710和1712的示例構形1702。非傳導杆1710和1712 可直接地連接到傳導性出油管1714。然後，振動線1716可被緊固在非傳導杆1710和1712 之間。為了將線1716耦合到信號發生器1717以接收交流電，導線1718和1720可連接到 振動線1716。在一些實施例中，導線1718和1720從位於出油管1714外的振動線1716延 伸穿過非傳導杆1710和1712。圖17B示出了另一個示例配置方式1704，利用通過非傳導性連接器1726、1728、 1730和1732而與導電出油管1714電分離或絕緣的導電桿1722和1724。線1716被緊固 到傳導杆1722和1724上，其通過電線1718和1720與信號發生器1717電連接以將交流電 傳輸到線1716上。圖17C示出了又一個利用了機械地連接的分開傳導管道1734和1736的示例配置 方式1706。管道1734和1736也是通過非傳導性物質1738使得相互之間電分離或絕緣，非 傳導性物質可應用於管道1734和1736否則會發生機械和/或電接觸的任何區域。然後， 導電桿1722和1724與管道1734和1736的相應一個機械地連接和電連接。線1716拉伸 著緊固到杆1722和1724上。然後交流電可通過杆1722和1724和/或管道1734和1736 傳到線1716上，以使得線1716在存在磁場的情況下以共振頻率振動。為了傳導交流電，杆 1722和1724和/或管道1734和1736可通過線1718和1720與信號發生器電連接。圖17D示出了包括機械地連接到導電管道1734和1736的非導電性管道1740的 另一個配置方式1708。導電管道1734和1736以及非導電管道1740可配合起來，提供一條出油管。導電桿1722和1724機械地且電力地連接到相應傳導管道1734和1736以保持線 1726在杆1722和1724之間處於拉伸狀態。然後，交流電可通過杆1722和1724以及/或 管道1734和1736傳到線1716，以在磁場存在的情況下使線1716以共振頻率振動。信號發 生器1717可通過線1718和1720將交流電傳到線1716，其與杆1722和1724以及/或導電 管道1734和1736電連接。非導電管1740通過經由導電桿1734和1736繞過線1716而防 止發生短路。圖17E示出了包括導電懸臂式杆1746和1748的另一個示例配置方式1742。懸臂 式杆1746和1748通過導電密封圈1726和1730而每個都分別連接到出油管1714上的相 應點。振動線1716在杆1746和1748之間保持拉伸。通過在一個位置點上連接每個懸臂 式杆1746和1748而不是在多個位置點上連接，就像圖14所描述的，杆1746和1748更為 柔軟且振動線1716上保持更為持續的拉伸。示例杆1746和1748通過線1718和1720與 信號發生器1717電連接以將電流傳到振動線1716。此外，示例杆1746和1748機械地連接 至出油管1714的同一側，且因此線1718和1720可從一條溝槽通過而不是兩條溝槽(如圖 4中溝槽408和410)。圖17F也示出了包括導電懸臂杆1746和1748的示例配置方式1744。不同於圖 17E中示例配置方式1742，圖17F中懸臂杆1746和1748機械地連接到出油管1714的相對 側。然後，電線1718和1720可穿過兩條溝槽(如圖4中溝槽408和410)而不是同一條溝槽。圖18為包括電磁體1802和1804的示例振動弦粘度計1800的示意圖。示例電磁 體1802和1804在出油管1808內產生穿過振動弦1806的磁場。示例電磁極1802採用圍 繞高磁導率磁芯1812的線1810而實現。類似地，電磁體1804採用圍繞高磁導性磁芯1816 卷繞的線1814而實現。磁芯1812和1816可採用，比如鐵氧體材料。示例線1810和1814以相同的方向纏繞相應的芯1812和1816，以產生具有相同方 向的磁場。為了產生磁場，交流電通過發生器1818傳到線1810和1814。線1810通過線 1820和1822電連接到信號發生器1818。類似地，線1814通過線1824和1826電連接到信 號發生器1818。線1820-1826將交流電從信號發生器1818傳到線1810和1824。當施加交流電時，電磁體1802和1804垂直於線1808產生電磁場。當電流施加到 線1808時，線1808便振動。振動的幅值與磁場的強度以及流經線1808的電流成比例。通 過增加電磁體1802和1804的電流，磁場強度增加並使得振動的幅值增加。結果，電磁體 1802和1804對於精確測量不同種類流體的粘度很有用。圖19為包括可移除出油管1902的示例振動弦粘度計的示意圖。示例粘度計配置 方式1900可用於實現圖3中所示的粘度計60。示例出油管1902可採用圖17A-17F中示 出的示例的出油管構形1702、1704、1706、1708、1742和/或1744而實現。出油管1902被 插入殼體1904中，並應用密封件1906和1908。密封件1906和1908防止井下流體接觸殼 體1904中的部件。密封圈1906和1908可採用，比如，焊接、銅焊、和/或彈性密封而實現。 通過將分離出油管1902插入到殼體1904中，粘度計構架1900可被快速組裝，不同出油管 1902可以快速更換以提高取樣和測試的速度。出油管1902可在材料、結構(如傳導性線 路)，和/或尺寸上不同。殼體1904進一步包括一個或多個溝槽或腔1910。示例溝槽1910可保持，比如磁體、電磁體、線路，和/或其它元件，以實現此處描述的振動弦粘度計。此外，示例溝槽(一 條或多條)1910可填充封裝材料，比如上面圖4-6所描述過的材料。封裝材料保護(各) 溝槽1910中的元件。 雖然製造的示例方法、設備以及物件已在此處描述，但本專利所覆蓋的範圍不限 於此。相反，本專利覆蓋所製造的每個設備、方法和用品在字義上或在等同原則下，均落入 附隨的權利要求請求保護的範圍內。
權利要求
一種振動弦粘度計殼體，包括出油管，其穿過殼體，使第一線露出至井下流體；殼體中的空腔，其保持磁體並從出油管將一條或多條額外的線引導到信號發生器；與殼體機械地連接的第一和第二導電桿，用於在出油管內將第一弦保持拉伸；以及機械地連接到殼體的密封件，以防止磁體接觸井下流體。
2.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中第一線響應於通過導電桿傳輸到第 一線的交流電而振動。
3.根據權利要求2所述的振動弦粘度計殼體，進一步包括信號發生器，以產生交流電 並通過第一和第二導電桿與第一線電連接。
4.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中密封件包括位於空腔內的封裝材 料，以防止一條或多條額外的線、磁體、或信號發生器以及井下流體之間發生接觸。
5.根據權利要求4所述的振動弦粘度計殼體，其中封裝材料從井下流體向出油管施加 第一流體壓力，以平衡出油管內井下流體的第二流體壓力。
6.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，進一步包括保持第二磁體的第二空腔。
7.根據權利要求6所述的振動弦粘度計殼體，其中密封件包括封裝材料以防止第一和 第二磁體或信號發生器和井下流體之間發生接觸。
8.根據權利要求7所述的振動弦粘度計殼體，其中密封件進一步包括柔性罩以防止井 下流體和封裝材料之間的接觸且從井下流體對封裝材料施加流體壓力。
9.根據權利要求6所述的振動弦粘度計殼體，進一步包括延伸於第一和第二空腔之間 穿過出油管的第一和第二孔，以保持住第一和第二導電桿。
10.根據權利要求6所述的振動弦粘度計殼體，其中密封件包括機械地連接到第一和 第二磁體以及殼體的罩。
11.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中第一導電桿響應於第一線上增加 的張力彎曲。
12.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中第一導電桿在多個點處被緊固到 至少一個殼體或出油管。
13.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中第一和第二導電桿與殼體機械地 連接，且通過陶瓷或玻璃密封件與殼體電絕緣。
14.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中出油管包括第一和第二導電管道， 它們相互機械地連接並彼此絕緣。
15.根據權利要求14所述的振動弦粘度計殼體，其中第一和第二導電管道通過彈性件 機械地連接，以對第一弦施加大體上不變的拉伸。
16.根據權利要求14所述的振動弦粘度計殼體，其中第一和第二導電管道通過非導電 管道相互機械地連接並彼此電絕緣。
17.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中磁體包括電磁體。
18.根據權利要求1所述的振動弦粘度計殼體，其中第一導電桿為懸臂式杆。
19.一種振動弦粘度計，包括信號發生器；以及殼體，其包括第一出油管和流體連接到第一出油管的空腔，其中可移除傳感器塊被插入到所述空腔中，可移除傳感器塊包括第二出油管，當其被插入空腔時，大體上與第一出油管對齊； 跨過出油管產生磁場的磁體；第一和第二導電桿，以將導電線保持在第二出油管內；以及第一和第二信號線，以將第一和第二導電桿中相應的一個電連接到信號發生器。
20.根據權利要求17所述的振動弦粘度計殼體，其中殼體進一步包括第一和第二緊固 件，以將第一和第二信號線機械地固緊至殼體。
21.一種振動弦粘度計，包括金屬殼體，其包括空腔和與空腔流體地分離的出油管； 第一和第二導電桿，與金屬殼體電絕緣，並從空腔延伸到出油管； 在第一和第二導電桿之間保持拉伸的導電線，響應於電信號發生振動； 位於空腔內並平行於導電線延伸的磁體；通過至少空腔與第一和第二導電桿電連接的分析器，以根據導電線的振動確定粘度；以及用於填充空腔的封裝材料，以將空腔與出油管以及環繞金屬殼體的井下流體進行流體 地分離。
22.一種振動弦粘度計，包括包括出油管的殼體，以使得井下流體流動通過出油管； 在出油管內響應於交流電進行振動的線； 連接到殼體的罩；第一和第二導電桿，在出油管中將線保持拉伸，其中第一和第二導電桿在殼體和罩之 間氣密密封；以及與第一和第二導電桿電連接的分析器，以測量線上的反向電壓從而確定井下流體的粘
全文摘要
本申請公開一種振動弦粘度計。一些示例振動弦粘度計殼體包括穿過殼體的出油管，以使得第一弦與井下流體接觸，位於殼體內的空腔，用以保持磁體從出油管將一條和多條弦傳導到信號發生器，第一和第二導電桿機械地連接到殼體，在出油管內將第一弦保持在拉伸狀態，以及機械地連接到殼體的密封圈，以防止磁體與井下流體接觸。
文檔編號E21B49/10GK101995365SQ201010280928
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月2日 優先權日2009年8月2日
發明者拉古·馬德哈萬, 羽鳥優, 蘇菲·N·戈德弗洛伊, 藤澤剛, 西田麻美, 麥可·施坦格蘭 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司