一种固井参数监测仪及其密度传感器在线清洗装置的制作方法

1.本发明涉及石油天然气钻探类钻井仪器仪表工具技术领域，特别涉及一种固井参数监测仪及其密度传感器在线清洗装置。


背景技术：

2.固井作业是石油钻井施工中非常关键的环节，固井质量的优劣对后续工程施工影响极大，一旦出现固井质量问题，油气井投产后会带来一系列问题，补救措施难度大，消耗大量的人力物力，增加工程整体投资。为确保固井质量，需要对固井中相关施工参数进行实时监测，为施工技术人员及时掌握、优化施工方案提供有力的依据，确保安全生产，提高固井质量。固井监测仪可以实时全过程监测施工中的泵压、流量、流体密度等关键参数，其中水泥浆密度是固井施工一个非常关键的参数。现场监测水泥浆密度的方法有两种：一是人工检测，这种方法操作简单，但效率低，易受人的主观因素影响，误差较大；二是采用电子式传感器，这种方法采用在线监测，实时性好，精度高，这种方法被广泛应用。
3.相比清水介质，固井水泥浆流体具有密度大、粘度高、腐蚀性等特征，采用电子传感器对此流体密度进行检测，传感器检测头表面易被液体粘附，影响了测量精度和寿命，需要对检测头进行人工定时清洗及更换。多数情况下，现场人员普遍采用简单往管道里面注水方式清洗检测头，清洗效果不甚理想，造成流体残余固结在检测头表面，如想彻底清洗检测头需要把整个传感器拆卸下来，费时费力，工作效率低，液体腐蚀也会造成人身伤害。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种密度传感器在线清洗装置，能够实现对传感器检测头的在线有效清洗，保持检测头的整洁，提高传感器数据测量的准确性和使用寿命。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种密度传感器在线清洗装置，包括：单流阀、进口管、清洗腔和传感器；
7.所述清洗腔的第一端用于固定连接主管道，所述传感器安装在所述清洗腔的第二端，且所述传感器的检测头探入所述清洗腔内；
8.所述进口管的第一端沿所述清洗腔的腔壁切线面的方向固定连接于所述清洗腔的中间部分，且所述进口管的轴心线与所述清洗腔靠近其第二端一侧的轴心线的夹角为钝角；所述单流阀的第一端连接于所述进口管的第二端，第二端用于连接清洗介质管道，所述单流阀的通流方向为由其第二端流向其第一端。
9.优选地，所述夹角为130
°
～140
°
。
10.优选地，所述进口管的轴心线与所述清洗腔的轴心线不共面。
11.优选地，所述进口管的轴心线在竖直投影方向上位于所述清洗腔内腔壁与所述检测头外周壁之间。
12.优选地，所述进口管的管径小于所述清洗腔内腔壁与所述检测头外周壁之间距离。
13.优选地，所述单流阀包括：单流阀本体、阀球、带孔托盘和卡簧挡圈；
14.所述单流阀本体设有圆锥台形的内腔，所述阀球可活动设置于所述内腔内，且所述阀球的直径大于所述内腔小径端口的直径，所述带孔托盘设置于所述内腔的大径端口，所述卡簧挡圈设置于所述单流阀本体内，且用于固定所述带孔托盘。
15.优选地，所述清洗腔中间部分的横截面形状为圆形，所述清洗腔第一端的纵截面形状为倒锥形。
16.优选地，还包括：第一法兰；
17.所述传感器通过所述第一法兰安装于所述清洗腔的第二端。
18.优选地，还包括：连接头和第二法兰；
19.所述连接头的第一端与所述单流阀的第二端相连，第二端用于通过所述第二法兰与所述清洗介质管道相连。
20.一种固井参数监测仪，还包括：如上所述的密度传感器在线清洗装置。
21.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的密度传感器在线清洗装置中，传感器的检测头安装在清洗腔内，进口管的第一端以特定的姿态连接于清洗腔的中间部分，如此一来，以使得清洗介质能够在清洗腔内形成涡流，然后在流体涡流的作用下，达到对了检测头强有力的清洗效果，从而实现了对传感器检测头的在线有效清洗，以此保持检测头的整洁，提高传感器数据测量的准确性和使用寿命；此外，本方案还具有安装简单，维护方便等特点。
22.本发明还提供了一种固井参数监测仪，由于采用了上述的密度传感器在线清洗装置，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例提供的密度传感器在线清洗装置的结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的带孔托盘的结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的清洗腔与进口管连接的结构俯视示意图；
27.图4为本发明实施例提供的中心纵切面速度分布云图；
28.图5为本发明实施例提供的入口纵切面速度分布云图。
29.其中，1为主管道，2为清洗介质管道，3为连接头，4为单流阀，5为阀球，6为带孔托盘，7为卡簧挡圈，8为进口管，9为清洗腔，10为第一法兰，11为传感器，12为检测头。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明实施例提供的密度传感器在线清洗装置，如图1所示，包括：单流阀4、进口管8、清洗腔9和传感器11；
32.清洗腔9的第一端用于固定连接主管道1，传感器11安装在清洗腔9的第二端，且传感器11的检测头12探入清洗腔9内；
33.进口管8的第一端沿清洗腔9的腔壁切线面的方向固定连接于清洗腔9的中间部分，且进口管8的轴心线与清洗腔9靠近其第二端一侧的轴心线的夹角为钝角；单流阀4的第一端连接于进口管8的第二端，第二端用于连接清洗介质管道2，单流阀4的通流方向为由其第二端流向其第一端。
34.在本方案中，需要说明的是，清洗腔9的横截面形状为圆形，进口管8的第一端与清洗腔9的中间部分如此连接，在清洗介质以一定流速从进口管8进入清洗腔9后，以便于能够使得清洗介质在清洗腔9内形成涡流，进而在流体涡流的作用下，以实现了对检测头12的全方位清洗，以此保证了检测头12的清洗效果；此外，单流阀4起到单向通流的作用，其允许清洗介质通过，而禁止检测流体通过，以防检测流体溢出；另外，传感器11的检测头12深入清洗腔9内，以便于对流经主管道1内的检测液体进行实时检测。当然，为了避免检测流体对检测头12的清洗产生干扰，本方案会先关停主管道1，然后再对传感器11的检测头12进行清洗。
35.从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的密度传感器在线清洗装置中，传感器的检测头安装在清洗腔内，进口管的第一端以特定的姿态连接于清洗腔的中间部分，如此一来，以使得清洗介质能够在清洗腔内形成涡流，然后在流体涡流的作用下，达到对了检测头强有力的清洗效果，从而实现了对传感器检测头的在线有效清洗，以此保持检测头的整洁，提高传感器数据测量的准确性和使用寿命；此外，本方案还具有安装简单，维护方便等特点。
36.具体地，为了确保检测头12的清洗效果更彻底，避免出现死角；作为优选，进口管8的轴心线与清洗腔9靠近其第二端一侧的轴心线的夹角为130
°
～140
°
。
37.在本方案中，如图3所示，进口管8的轴心线与清洗腔9的轴心线不共面。即为进口管8的轴心线位于检测头12外周壁与清洗腔9内周壁之间。本方案如此设计，以使得清洗介质更加紧挨着清洗腔9内腔壁注入洗腔9内，以便于使得清洗介质在清洗腔9内形成涡流效应。
38.进一步地，为了更好地实现清洗介质的涡流效果；相应地，如图3所示，进口管8的轴心线在竖直投影方向上位于清洗腔9内腔壁与检测头12外周壁之间。
39.再进一步地，为了避免清洗介质直接冲洗检测头12，以防削弱清洗介质的涡流效果，这就要求进口管8第一端的延长部分位于检测头12的外周壁与清洗腔9的内腔壁之间；相应地，如图3所示，进口管8的管径小于清洗腔9内腔壁与检测头12外周壁之间距离。
40.具体地，如图1所示，单流阀4包括：单流阀本体、阀球5、带孔托盘6(如图2所示)和卡簧挡圈7；
41.单流阀本体设有圆锥台形的内腔，阀球5可活动设置于内腔内，且阀球5的直径大于内腔小径端口的直径，带孔托盘6设置于内腔的大径端口，以便于将阀球5的活动限制在内腔内，以防在清洗时阀球5脱落进入清洗腔9内；卡簧挡圈7设置于单流阀本体内，且用于固定带孔托盘6，以防带孔托盘6脱落，进而以防造成阀球5脱落，从而以避免造成单流阀4失
效。具体地，在正常工作状态下，阀球5在检测流体的推力下被推向内腔的小径端口，实现清洗通道的阻断，使得检测流体被阻挡进入清洗管道内；在需要对传感器11的检测头12清洗时，关闭检测流体的进口阀门，则阀球5被清洗介质冲开并进入清洗腔9内。当然，内腔的小径端口靠近单流阀4的第二端，内腔的大径端口靠近单流阀4的第一端。
42.在本方案中，如图1所示，清洗腔9中间部分的横截面形状为圆形，清洗腔9第一端的纵截面形状为倒锥形。本方案如此设计，即为缩小了清洗腔9第一端的流通面积，以便于提高清洗腔9出口(第一端)的流体流速，以此增强对检测头12端头的冲洗效果。
43.进一步地，如图1所示，本发明实施例提供的密度传感器在线清洗装置还包括：第一法兰10；
44.传感器11通过第一法兰10安装于清洗腔9的第二端。本方案如此设计，不仅以便于实现对传感器11的有效支撑，而且还有助于增强传感器11安装的稳定性和紧固性。
45.进一步地，如图1所示，本发明实施例提供的密度传感器在线清洗装置还包括：连接头3和第二法兰；
46.连接头3的第一端与单流阀4的第二端相连，第二端用于通过第二法兰与清洗介质管道2相连。本方案通过增设连接头3和第二法兰，以便于实现单流阀4第二端与清洗介质管道2更好地连接，而且也便于换装清洗介质管道2。
47.本发明实施例还提供了一种固井参数监测仪，还包括：如上所述的密度传感器在线清洗装置。由于本方案采用了上述的密度传感器在线清洗装置，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
48.下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
49.本发明的目的是提供一种固井参数监测仪密度传感器在线清洗装置，实现对传感器检测头进行在线清洗，保持检测头的整洁，提高传感器数据测量的准确性和使用寿命。
50.本发明由连接头、单流阀、进口管、清洗腔及传感器组成。
51.所述连接头两端分别连接单流阀与清洗介质管道，其两端分别采用法兰和丝扣连接结构。连接头与清洗介质管道连接采用法兰方式，与单流阀连接采用螺纹方式。
52.所述单流阀的作用是单流，允许清洗介质通过，禁止检测流体通过。其两端采用螺纹结构，分别与连接头及进口管连接，基本结构包括：单流阀本体、阀球、带孔托盘、卡簧挡圈。
53.所述进口管连接清洗腔与单流阀。其与单流阀连接采用丝扣方式，与清洗腔连接采用焊接，按进口管轴心线与清洗腔轴心线夹角按130
°‑
140
°
角度沿清洗腔的管壁切线面方位焊接一起，清洗腔本体为圆形，与主管道连接处清洗腔为锥形，这种结构可对缩进式及插入式检测头进行清洗。清洗介质按一定流速从进口管进入清洗腔后，清洗介质在腔体内形成涡流对检测头进行清，同时清洗腔出口为锥形，提高了清洗介质出口流速，增强对检测头的冲洗。
54.所述清洗腔一端通过法兰安装传感器，一端与主管道焊接。
55.所述传感器对流体进行实时测量，其安装在清洗腔上面，传感器检测头安装在清洗腔内。
56.进一步地，连接头3通过法兰与清洗管道2连接，与单流阀4通过丝扣连接，连接头端为母扣。
57.进一步地，单流阀4两端分别与连接头3和进口管8采用丝扣连接，单流阀4内部结构包括本体、阀球5，带孔托盘6、卡簧挡圈7，本体两端均为公扣，内腔采用锥形结构。单流阀起单流作用，禁止检测流体通过单流阀进入清洗管道，而在清洗传感器检测头时，允许清洗介质进入清洗腔。在正常工作状态下，阀球在检测流体的推力下推向锥口，通道被阀球密封，检测流体被阻挡进入清洗管道内。在需要对传感器检测头清洗时，关闭检测流体进口阀门，阀球被清洗介质冲开进入清洗腔。其中带孔托盘6是带孔的圆盘，主要作用是把阀球限制在腔体内，防止清洗时阀球脱落进入清洗腔。卡簧挡圈7主要作用的固定带孔托盘6，防止带孔托盘6脱落，从而造成阀球5脱落，继而造成单流阀4失效。
58.进一步地，进口管8一端通过丝扣与单流阀4连接，另一端焊接在清洗腔9上。参考图1、图3，其与清洗腔安装方向是决定清洗效果的关键，通过模拟计算不同进口管轴心线与清洗腔轴心线夹角下的清洗效果，优选进口管轴心线与清洗腔轴心线夹角130
°‑
140
°
，沿清洗腔管壁切线面方向进行焊接。图4、图5给出120
°
及135
°
夹角下清洗效果模拟仿真计算结果，其他模拟结果不在赘述。这种设计结构使清洗介质以一定流速从进口管进入清洗腔后，清洗介质在腔体内形成涡流，在流体涡流运动下实现对传感器检测头进行清洗，这种清洗方式较目前现场多采用的通过主管道1注入清水清洗检测头的方式，清洗效果更彻底，不会出现死角，效果更好。
59.进一步地，清洗腔9一端与主管道1焊接，一端安装传感器11。传感器检测头深入清洗腔内，根据现场实际，检测头12选择插入式或缩进式安装方式。清洗腔本体为圆形，与主管道连接处本体采用锥形进行过度，此结构设计提高清洗腔出口的流体流速，增强到对检测头的冲洗效果。
60.进一步地，传感器11安装在清洗腔的一端，通过深入清洗腔内的检测头完成对流经主管道内的检测液体进行检测。
61.综上所述，本发明公开了一种固井参数监测仪密度传感器在线清洗装置，属石油天然气钻探类钻井仪器仪表工具技术领域。该装置包括连接头、单流阀、进口管、清洗腔及传感器。在使用过程中，传感器安装在清洗腔上，检测头深入在清洗腔内，清洗腔焊接在主管道上，检测液体流经主管道时，传感器对流体进行实时检测，此时，单流阀处于关闭状态。在清洗传感器时，清洗介质顶开单流阀的阀球，通过进口管进入清洗腔对传感器检测头进行冲洗。其关键在于：进口管轴心线与清洗腔轴心线夹角按130
°‑
140
°
角度沿清洗腔的管壁切线面方向焊接一起。这种设计结构能使清洗介质以一定流速从进口管进入清洗腔后，在腔体内形成涡流，对传感器检测头进行全方位清洗，不会出现死角。另一方面清洗腔本体为圆形，与主管道连接处清洗腔为锥形，此结构设计是对插入式检测头进行清洗，提高清洗腔出口的流体流速，增强对检测头的冲洗效果。本发明对缩进式和插入式检测头均可以清洗，具有安装简单，维护方便，实现了对传感器在线清洗，减少了传感器检测头表面被脏污粘附、固结，提高了测量的准确性和使用寿命。
62.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。