SY/T 7878-2025 水基钻井液性能现场在线测试方法

ICS 75.020 CCS E 13

中华人民共和国石油天然气行业标准

SY/T 7878—2025

水基钻井液性能现场在线测试方法

Real-time test methods for water-based drilling fluids

2025-12-18发布 2026—06-18实施

国家能源局发布

目次

前言 Ⅲ

1 范围 1

2 规范性引用文件 1

3 术语和定义 1

4 技术要求 1

5 仪器和设备 2

5.1 质量流量计 2

5.2 压差传感器 3

5.3 pH值测量仪 3

5.4 电导率测量仪 3

5.5 离子浓度测量仪 3

6 密度、温度、pH值、电导率、表观黏度、塑性黏度、动切力测试程序 3

6.1 测试要求 3

6.2 测试程序 4

6.3 参数测定 4

7 离子浓度测试程序 5

7.1 测试要求 5

7.2 测试程序 5

7.3 参数测定 5

8 高温高压滤失量测试程序 6

8.1 测试要求 6

8.2 测试流程 6

8.3 测量时间间隔的设定 7

9 健康安全与环境保护要求 7

9.1 健康安全要求 7

9.2 运输搬运要求 7

9.3 环境保护要求 7

9.4 危机情况急停流程 7

附录A(资料性)钻井液性能在线测试装置及系统 8

附录B(资料性)钻井液前置缓冲装置控制流程 11

附录C(资料性) 设备安装调试 13

I

附录D(资料性) 仪器校正、保养与维护 14

附录E(资料性) 温度、密度、流变性、pH值、电导率测试流程 17

附录F(资料性)离子浓度测试流程 20

附录G(资料性) 高温高压滤失量测试流程 22

Ⅱ

前言

本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由石油工业标准化技术委员会石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。

本文件起草单位：中国石油集团工程技术研究院有限公司、中石化胜利石油工程有限公司、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司、中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司、西南石油大学、中国石油集团川庆钻探工程有限公司、中国石油集团渤海钻探工程有限公司、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司。

本文件主要起草人：王韧、李颖颖、钱佃存、李公让、王建龙、汪瑶、刘锋报、戎克生、梁海波、杨海、李枝林、陶怀志、张洪伟、陈蕾旭、王维。

Ⅲ

1 范围

本文件规定了石油天然气钻井过程中水基钻井液密度、温度、表观黏度、塑性黏度、动切力、 pH值、电导率、Cl-、S²-、K+、高温高压滤失量性能在线测试程序。

本文件适用于石油天然气陆上钻井过程中水基钻井液性能现场在线测试。海洋钻井过程中的水基钻井液性能现场在线测试可参照执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 3836.1 爆炸性环境第1部分：设备通用要求

GB/T 16783.1 石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液

GB/T 31130 科里奥利质量流量计

SY/T 5377

钻井液参数测试仪器技术条件

SY/T 6202

钻井井场油、水、电及供暖系统安装技术要求

SY/T6276

石油天然气工业健康、安全与环境管理体系

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

双管压差值 double tube pressure difference

钻井液经过两根不同直径及长度的测量管后产生的压差损耗值。

3.2

解调仪 demodulator

一种用于测量电信号中信息的电子测试仪器。

3.3

离子选择电极 ion-selective electrode

利用膜电势测定溶液中离子浓度的电化学传感器。

4 技术要求

水基钻井液性能现场在线测试方法技术要求见表1,水基钻井液性能现场在线监测装置技术要求

见表2。

表1水基钻井液性能现场在线测试方法技术要求

项目

技术要求

测量范围

测量误差

检测时间

表观黏度

10mPa · s～150mPa · s

±5%

<5min

塑性黏度

10mPa · s～150m Pa · s

动切力

10 Pa～150 Pa

密度

0.50 g/cm³~2.50 g/cm³

±0.002 g/cm³

<2s

温度

-50℃~250℃

± 0.1℃

CI-浓度

200 mg/L～39000 mg/L

±10%

<8min

S² -浓度

100 mg/L～5000 mg/L

K+浓度

<8 min

pH值

0～14

±0.1

<10s

电导率

100 μs/cm~2000 ms/cm

± 10 μs/cm

高温高压滤失量

0mL~50 mL

<90 min

表2水基钻井液性能现场在线监测装置技术要求

项目

供电

380V,3相4线制

通信方式

Wits

适用介质温度

0℃~180℃

适应环境温度

-40℃~60℃

防爆形式

隔爆

5 仪器和设备

5.1 质量流量计

5.1.1 测量及安装方式：科里奥利质量流量计，竖直旗式安装，流体下进上出，符合GB/T 31130的技术要求。

5.1.2 供电：AC 220V。

5.1.3 信号输出：4 mA～20 mA电流信号、Modbus RTUHART。

5.1.4 材质：304不锈钢。

5.1.5 防爆要求：隔爆型，符合GB/T 3836.1的技术要求。

5.1.6 测量精度：±0.002g/cm³。

5.1.7 测量范围：0.5 g/cm³~2.5 g/cm³。

2

5.2 压差传感器

5.2.1 测量及安装方式：齐平膜压差测量，DN50法兰盘安装。

5.2.2 供电：DC 24V。

5.2.3 信号输出：4mA～20mA 电流信号。

5.2.4 材质：304不锈钢。

5.2.5 防爆要求：隔爆型，符合GB/T 3836.1的技术要求。

5.2.6 测量精度：±0.075%FS。

5.2.7 测量范围：-20 kPa～20kPa。

5.3 pH 值测量仪

5.3.1 测量及安装方式：电极法插入式测量，DN25螺纹安装。解调仪安装至防爆电控柜中。

5.3.2 供电：AC 220V。

5.3.3 信号输出：4mA～20 mA 电流信号、Modbus RTU HART。

5.3.4 材质：工程塑料。

5.3.5 测量精度：±0.1。

5.3.6 测量范围：0～14。

5.4 电导率测量仪

5.4.1 测量及安装方式：电磁耦合式电极插入测量，DN50 法兰安装。解调仪安装至防爆电控柜中。

5.4.2 供电：AC 220V。

5.4.3 信号输出：4 mA～20 mA电流信号、Modbus RTU HART。

5.4.4 材质：工程塑料。

5.4.5 测量精度：± 10μs/cm。

5.4.6 测量范围：100 μs/cm～2000 ms/cm。

5.5 离子浓度测量仪

5.5.1 测量及安装方式：离子选择电极法插人式测量，DN25 螺纹安装。解调仪安装至防爆电控柜中。

5.5.2 供电：AC 220V。

5.5.3 信号输出：4mA～20 mA 电流信号、Modbus RTU HART。

5.5.4 材质：工程塑料。

5.5.5 测量精度：10%读数。

5.5.6 测量范围：2mg/L～35500 mg/L(氯离子)、0mg/L～2000 mg/L(硫离子)、0mg/L～39000 mg/L (钾离子)。

6 密度、温度、pH 值、电导率、表观黏度、塑性黏度、动切力测试程序

6.1 测试要求

6.1.1 符合GB/T 31130的要求，科里奥利质量流量计(简称“科氏力流量计”)可测量钻井液的密度及温度。

6.1.2 测量参数符合GB/T 16783.1的要求，可测量钻井液的pH 值、电导率、表观黏度、塑性黏度、

3

动切力等参数。

6.1.3 在线监测装置现场测试、安装、调试及运行符合SY/T 5377、SY/T 6202、SY/T 6276的相关要求。

6.1.4 具体的测试装置流程图、测试装置人机交互界面参考附录A、附录B 的对应描述。

6.1.5 在线监测装置现场安装调试与定期检验、保养分别参考附录C、附录D的对应描述。

6.1.6 温度、密度、流变性、pH 值、电导率等在线监测单元内部具体测试控制流程参考附录E 的对应描述。

6.2 测试程序

6.2.1 在线测试装置按照附录C 的要求在井场进行安装。

6.2.2 启动设备电源，上电自检正常，待装置电源指示灯、质量流量计、压差传感器、防爆工控机等各部件正常显示后，在工控机上打开钻井液性能在线测试软件。

6.2.3 在测试软件的登录界面中输入账号、密码，并输入井号后，进入钻井液性能在线检测及控制界面。

6.2.4 在控制界面中设定连续测量的间隔周期及设备自动清洗的间隔时间后，点击自动测量，开始钻井液性能参数的全自动测量。

6.2.5 模拟量采集卡连续采集质量流量计、压差传感器、pH 值解调仪、电导率解调仪输出的信号， 并发送给防爆工控机中。

6.2.6 防爆工控机通过变频器连续控制电动隔膜泵以不同的流量来抽取钻井液，从而在质量流量计中获得多个不同的体积流量 V, 同时在双测量管中采集到多个不同的压差值△p, 用于工控机计算钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力参数。

6.2.7 防爆工控机软件界面上实时更新显示所监测到的钻井液性能参数，包括密度、温度、pH 值、 电导率、表观黏度、塑性黏度与动切力等参数。

6.2.8 待测量的循环次数达到软件设置的循环次数后，自动进入清洗流程，实现对测试装置的正向清水冲洗及正反向的空气吹扫，并进行后续的连续测量。

6.3 参数测定

6.3.1 测试装置连续测量的周期设定

钻井液性能在线监测装置测量的周期可根据实际情况人为手动设定，推荐的测量间隔参考表3进行设定。

表3钻井液测试装置测量间隔推荐表

情况

推荐测量间隔，min

复杂地层、钻井液性能变化快

2～5

常规地层、钻井液性能变化可控

15～30

寻常待命状态

60～120

6.3.2 测试装置自动清洗的间隔时间设定

钻井液性能在线监测装置自动清洗的时间间隔可根据现场情况及被测钻井液的情况进行人为手动设定，推荐的间隔时间可参考表4进行。

4

表4钻井液测试装置自动清洗时间间隔推荐表

推荐间隔时间，h

钻井液黏度较低、无污染

12

钻井液黏度较高、无污染

6

钻井液黏度较高，且聚合物、固相颗粒等其他成分含量较高

7 离子浓度测试程序

7.1 测试要求

7.1.1 测量参数符合GB/T 16783.1的要求。

7.1.2 离子浓度测量单元现场测试、安装、调试及运行符合SY/T 5377、SY/T 6202、SY/T 6276的相关要求。

7.1.3 具体的测试装置流程图、测试装置人机交互界面参考附录A、附录B的对应描述。

7.1.4 离子浓度在线监测单元现场安装调试与定期检验、保养分别参考附录C、附录D的对应描述。

7.1.5 离子浓度在线监测单元内部具体测试控制流程参考附录F 的对应描述。

7.2 测试程序

7.2.1 离子浓度测量单元按照附录C 的要求在井场进行安装。

7.2.2 离子浓度测量单元的运行同6.2.2与6.2.3的部分操作。

7.2.3 在控制界面中设定钻井液精确稀释倍数与测量间隔时间后，点击自动测量，开始钻井液离子浓度参数的全自动测量。

7.2.4 防爆工控机自动控制对应的气动球阀、气动搅拌器、计量泵，实现钻井液的定量注入、清水定量注入、搅拌稀释、液体排出等操作。

7.2.5 防爆工控机通过模拟量采集卡实时采集离子浓度解调仪输出清水背景氯离子、硫离子、钾离子浓度参数及定量稀释之后钻井液的氯离子、硫离子、钾离子浓度参数。

7.2.6 防爆工控机实时显示所测量的钻井液氯离子、硫离子、钾离子浓度参数。

7.2.7 测量完毕后自动进入到排液与清水冲洗流程，并进行后续的连续测量。

7.3 参数测定

7.3.1 钻井液稀释倍数设定

钻井液离子浓度在线监测单元的稀释倍数需要根据离子选择电极的量程及钻井液实际离子浓度合理设置稀释比例，使得稀释后的离子浓度保持在离子选择电极最佳的测量区间，从而确保离子浓度测量的精度。推荐的稀释倍数可参考表5进行。

7.3.2 测量间隔时间设定

钻井液离子浓度在线监测单元测量间隔时间可根据现场情况进行人为手动设定，推荐的间隔时间可参考表6进行。

5

表5钻井液离子浓度稀释倍数推荐表

实际估算氯离子浓度，mg/L

推荐稀释倍数

150000～200000

15

100000～150000

10

50000～100000

7

20000～50000

0～20000

表6钻井液离子浓度在线监测单元测量间隔时间推荐表

地层出水风险高、离子浓度变化大

地层出水风险低、有一定概率离子浓度变化

30

常规检测

60

8 高温高压滤失量测试程序

8.1 测试要求

8.1.1 测量参数符合GB/T 16783.1的要求。

8.1.2 高温高压滤失量测量单元现场测试、安装、调试及运行符合SY/T 5377、SY/T 6202、SY/T 6276的相关要求。

8.1.3 具体的测试装置流程图、测试装置人机交互界面参考附录A、附录B 的对应描述。

8.1.4 高温高压滤失量测量单元现场安装调试与定期检验、保养分别参考附录C、附录D的对应描述。

8.1.5 高温高压滤失量测量单元内部具体测试控制流程参考附录G 的对应描述。

8.2 测试流程

8.2.1 高温高压滤失量测量单元按照附录C 的要求在井场进行安装。

8.2.2 高温高压滤失量测量单元的启动运行同6.2.2与6.2.3的部分操作。

8.2.3 在控制界面中设定高温高压滤失量测量时间间隔后，点击自动测量，开始钻井液高温高压滤失量参数的全自动测量。

8.2.4 测量单元内部自带的PLC控制器自动控制对应的蠕动泵、气动球阀、气动隔膜泵、液压缸、 加热器及电动导轨等器件，实现高温高压滤失量测量单元的自动注浆、加热、加压、滤失、清洗等全套操作流程。

8.2.5 测量单元自带的图像采集模块实时拍摄滤液量筒的液面刻度，并将页面图像实时传送至防爆工控机，并在监测界面中展示，供操作人员进行读数，从而实现钻井液高温高压滤失量的测量。

8.2.6 待高温高压滤失量测量单元中的滤失杯体全部用完后，由现场操作人员取走，并拆卸滤纸进行清洗。

8.2.7 清洗完毕后，换上未使用的滤纸，并重新组装好滤失杯体，放入高温高压滤失量测量单元的托

盘中，等到下一次的测量。

8.3 测量时间间隔的设定

由于高温高压滤失量测量要经过加热、滤失、自然冷却、泄压等多个耗时的流程，故整个测量周期较长，且考虑到托盘中准备的滤失杯体数量，一般推荐现场进行高温高压滤失量测量时间间隔为每 6h 测量一次。如钻井情况较复杂，可加密至每2h 测量一次。

9 健康安全与环境保护要求

9.1 健康安全要求

9.1.1 该测试方法应就其可能出现的危险性提出安全建议或提供对应安全技术说明书。

9.1.2 现场操作时应严格遵守井场带电设备的操作规程，避免靠近或接触设备的旋转部件，避免带电直接打开设备的防爆柜，避免身体直接接触设备的强电线路，如出现意外伤害情况，应及时就医。

9.2 运输搬运要求

钻井液性能在线监测装置在运输搬运过程中，应防止装置掉落、倾倒等，避免损坏内部的元器件。运输过程中应将内部的活动部件进行有效固定。

9.3 环境保护要求

9.3.1 钻井液性能在线监测装置在井场运行的过程中，底部应铺设防渗布，且四周设置围堰，防止装置内部由于管路损坏造成钻井液外溢，从而污染周围环境。

9.3.2 钻井液性能在线监测装置的进出口管线应有效紧固密封，防止钻井液渗漏，关键管接头处下方应设计接液盘。

9.4 危机情况急停流程

9.4.1 待所有测量流程结束后，仪器会自动转为待机状态，此时为停止检测状态。

9.4.2 出现突发情况，例如管道漏水，想要停止测量，只需要点击上位机上面的球阀复位按钮，此时所有球阀和仪器复位为初始状态，可以临时停止监测，以便检查问题。

附录 A

(资料性)

钻井液性能在线测试装置及系统

A.1 总体要求

A.1.1 钻井液性能在线监测装置放置在井场钻井液罐旁边的空地上，当测量出口缓冲槽内的钻井液具有较多气泡影响参数测量精度的情况下，需要在监测装置前端的入口管路上连接钻井液前置缓冲装置，用于钻井液的控温与消泡。钻井液前置缓冲装置运行控制流程参考附录B。

A.1.2 由于电动隔膜泵吸程有限，对于高密度高黏度钻井液介质，且距离钻井液性能在线监测装置较远的情况，则需要在钻井液罐上设置一个中继泵来辅助抽取钻井液。

A.1.3 钻井液性能在线监测装置内置一个清水罐，且清水罐的补水口自带浮球阀，能够直接连接井场常流水管路，用于离子浓度测量单元钻井液的稀释及整套设备的清洗用水。

A.1.4 钻井液性能在线监测装置利用自带防爆航空插头的多芯电源线连接井场380V 交流电，利用防水通信线缆连接井场的录井仪或DROC中心。

A.2 总体运行流程

A.2.1 钻井液性能在线监测装置利用其内部自带的电动隔膜泵直接抽取前置缓冲装置内缓冲罐的钻井液，并且依次流过质量流量计、黏度测量管、pH 值测量仪、电导率测量仪后，通过出口管线再流入钻井液池中，实现整个测量周期的循环。

A.2.2 通过将球阀3切换到旁通口，启动电动隔膜泵1,能够将清水抽至整个循环管路，实现对循环管路内部的清水冲洗。

A.2.3 通过打开电磁阀1,并且交替将球阀1和球阀2切换到旁通形式，能够实现循环管路内部正方向高压气体吹扫。

A.2.4 钻井液离子浓度测量模块通过在主管路中的旁通口进行引流的方式来对钻井液进行取样，利用球阀6、球阀4、电磁阀2与定量罐的相互配合控制，实现对离子浓度测量用钻井液的定量取样。

A.2.5 钻井液离子浓度测量用的清水通过气动隔膜泵1从装置内部的清水罐抽取至离子浓度测量单元中，并且通过多次球阀6、球阀4、电磁阀2与定量罐的相互配合控制，实现注入清水量的精确控制。

A.2.6 通过打开电磁阀3,启动气动搅拌器，对离子浓度稀释测量罐中的钻井液与清水进行搅拌，待稳定后读取相应的离子浓度值，实现离子浓度参数的测量。

A.2.7 打开球阀7与电磁阀4,启动气动隔膜泵2,将离子浓度稀释测量罐中的液体排入井场钻井液罐中。

A.2.8 利用气动隔膜泵2继续抽取定量的清水对离子浓度稀释测量罐进行清洗，并将清洗之后的废液排入井场钻井液罐中。

A.2.9 高温高压滤失量测量单元依据附录G 的描述独立运行。

A.2.10 钻井液性能在线监测装置管路流程图见图A.1。

A.3 信号传输

A.3.1 氯离子、硫离子、钾离子、pH 值、电导率测量仪均通过其各自解调仪输出4 mA～20 mA电流信号至模拟量采集卡中，进而模拟量采集卡将采集到的多个数据通过RS485通信方式传输至防爆

8

离子 浓度 监测 单元

工控机中，实现对氯离子、硫离子、钾离子、pH 值、电导率的信号采集。

9

 

高温高压滤失量测量单元

滤杯储存盘

排液

高温清 水高压

蠕动 泵注

浆模块

冲洗

模块 模块 滤液测

量模块

球阀6

电磁阀2

球阀 4[

定量

电磁阀3[

球阀5 气动搅广

拌器

离子

浓度

探头

离子浓度稀释测量罐

球阀7 气动隔膜泵2[

电磁 阀 4

电磁阀5□

气动隔膜泵1

气动球阀

废液灌

电磁阀

旺值测量模块电导率测量模块

测量管A

测量管B

电磁阀 1

空气压缩机球阀3

球阀1 球阀 2

清水罐

缓冲罐

水浴控温加热模块

负压消泡模块

钻井液管线清水管线

高压空气管线

质量 流量计

阻尼器电 动隔膜泵1

滤网

电动中继泵1

钻井液罐

图A.1 钻井液性能在线监测装置管路流程图

A.3.2 质量流量计直接通过其自带的RS485串口将温度、密度、流量等数据实时发送至防爆工控机中，实现对温度、密度、管路流量的信号采集。

A.3.3 高温高压滤失量测量单元通过其内部自带的PLC 控制器，将采集到的信息利用网线直接传输至防爆工控机中。

A.3.4 在线监测装置中的气动球阀1~气动球阀7及电磁阀1～电磁阀5通过与防爆工控机相连的数字量控制卡进行开关控制，从而控制在线监测装置内部的管路流程等。

A.3.5 在线监测装置的防爆工控机通过串口控制数字量控制卡及模拟量输出卡，分别输出变频器启动/停止信号及用于变频器调速的电压信号，从而控制电动隔膜泵以不同流量来抽取钻井液。

A.3.6 钻井液性能在线监测装置信号采集控制流程图见图A.2。

4mA~20mA

RS485

氯离子浓度

质量流量计

硫离子浓度

钾离子浓度

网线TCPIP

电导率

数字IO

气动球阀1～气动球阀7

电磁阀1～电磁阀5

模拟量输出卡

电动隔膜泵变频器

高温高压滤失 PLC 控制器

防爆工控机

0V~10V

模拟量采集卡

数字量控制卡

图A.2 钻井液性能在线监测装置信号采集控制流程图

A.4 系统软件界面

钻井液性能在线监测系统主界面主要用于观察读取测量数据、设置参数及对装置进行控制，见图A.3。

水基钻井液性能在线监测系统

自动监测手动控制参数设置

井深

温度

图像采集

密度

流变时间间隔

离子浓度时间间隔

离子浓度稀释倍数

滤失时间间隔

10 min

30 min

6h

滤失量

AV

PV

滤失测量

YP

紧急停止

氯离子

硫离子

钾离子

pH 值

78.3 70.2

8.1

自动测量

单次清洗

温度 —

一密度一

8848

45

—电导率一

1.98

图A.3 钻井液性能在线监测系统人机交互界面图

附录 B

( 资料性)

钻井液前置缓冲装置控制流程

B.1 总体要求

B.1.1 钻井液性能在线监测装置如果直接抽取振动筛后缓冲槽内的钻井液，会由于钻井液中含有较多的气泡影响质量流量计及压差传感器的测量精度，从而造成钻井液性能在线监测参数误差偏大。考虑到出口钻井液高温环境下进行真空消泡会带走大量钻井液中的水蒸气，从而导致钻井液的自身性能发生变化。因此，需要在前置缓冲装置中进行钻井液的降温、消泡、加热及暂存等流程。

B.1.2 钻井液中的降温采用冷水热交换的方式进行，制冷压缩机对冷水降温罐中的清水进行循环降温，高温钻井液流入冷水降温罐中的盘管，从而与冷水进行热交换，实现钻井液的降温过程。

B.1.3 消泡罐中设置多层伞状结构，能够将上部注入的钻井液多层摊铺开，从而确保钻井液中的气泡能够更多地暴露在负压环境中，具有更好的消泡效果。采用抽真空泵对消泡罐提供负压。消泡之后的钻井液从消泡罐底部的管道自然流出。

B.1.4 钻井液的加热采用水浴加热的方式，防止钻井液局部高温导致的钻井液性状变化。

B.2 测定程序

B.2.1 装置通电，检查设备各器件工作指示灯是否亮起，检查设备各器件是否正常工作，检查管道是否直通。

B.2.2 开启真空泵，观察真空罐上方压力表，抽至真空罐内压力为-0.4 MPa。

B.2.3 将设备入口管线连带过滤网接头向下插入钻井液循环槽直至钻井液没过滤网。

B.2.4 开启设备冷却系统的制冷压缩机，对降温罐中的循环水进行降温。

B.2.5 开启抽真空泵，观察消泡罐上方的负压压力表的示数。开启水浴加热罐的加热开关，对水浴用水进行加热。

B.2.6 开启电动隔膜泵1,从钻井液循环槽中抽取钻井液进入冷水降温罐中，观察冷水降温罐出口管处的温度传感器示数。钻井液流入消泡罐中进行消泡。

B.2.7 经过消泡之后的钻井液进入水浴加热罐，对钻井液进行加热，并观察水浴加热罐上部的温度传感器示数，待温度满足现场要求后，启动电动隔膜泵2,将水浴罐中的钻井液抽入缓冲罐中。

B.2.8 通过实时读取缓冲罐上方的液位计读数，当液位超过上限时关闭电动隔膜泵2,等待后续的钻井液性能在线监测装置抽走钻井液进行测量，从而实现对钻井液的前置缓冲操作。

B.2.9 钻井液前置缓冲装置图见图B.1。

11

钻井液人口管

电动隔膜泵1

制冷压缩机

温度传感器1

铃水降温罐

温度传感器2

钻井液前置缓冲装置

压力表

真空隔水箱

抽真空泵

消泡罐液位计

钻井液出口管

钻井液罐水浴加热罐钻井液

缓冲罐

电动隔膜泵2

图B.1 钻井液前置缓冲装置

附录 C ( 资料性) 设备安装调试

C.1 推荐安装位置

安装在钻井液罐附近，通过自带的软管从钻井液罐上方放入罐内，直接抽取钻井液。抽取的钻井液经过测量循环后，再通过软管将钻井液泵入原来的罐体中，测量过程不会影响正常的钻井与固控系统运行。

C.2 设备安装注意事项

C.2.1 钻井液：2条自带的内径32 mm 软管分别用于抽取钻井液与排出钻井液，软管准备长度约30m~

40 m。

C.2.2 清水：1条自带的内径32 mm 软管用于抽取清水，软管准备长度30m～40m。

C.2.3 供电：380V 三相五线制工频交流电(3火线+1零线+1地线)。

C.2.4 通信：自带50m6 类网线，需要将网线连接对应的交互系统。

C.2.5 井场气源：由于房体采用正压防爆设计，需要接人井场的高压气源，只需要保持房体具有一定的正压，用气量较少。井场气源管线长度和尺寸根据实际需求确定。

C.2.6 设备需安装放置在水平地面上，需要水平放置，不得倾斜。

C.2.7 设备吸入口处于钻井液液面以下，管线不得有破损或存在接头密封不严的情况。

C.2.8 清水罐必须与长流水管相接。

C.3 井场调试

C.3.1 在现场安装完后，利用清水进行流程测量，连续5个循环，如无发现其他情况(如管道漏水、 仪器异常工作等)则可以开始测量。

C.3.2 水基钻井液实时在线检测系统及消泡装置水平放置于平整处理后的地面上。

C.3.3 检查设备外观无损坏后，从设备内部取出电源线缆按照井场指示进行连接。

C.3.4 通电测试，设备内部各器件指示灯状态正常。

C.3.5 手动开启设备内部各器件并维持10s～30s 运行。

C.3.6 连接设备与出入口管线(首次使用时，请使用清水进行循环，以便工作人员观察设备密封性)。

C.3.7 完成上述操作且正常运行后，观察各仪器清水循环下仪器输出数值。

C.3.8 测试急停按键及系统内部急停操作。

C.3.9 测试冲洗流程。

C.3.10 测试通信状态。

C.3.11 完成上述操作后，将设备内部清水排出。设备经上述流程评估后，可达到正常使用状态进行实时在线监测。

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附录 D

仪器校正、保养与维护

D.1 仪器校正方法

D.1 质量流量计

在进行校正之前应仔细阅读设备手册，并确保遵循制造商的建议对科氏质量流量计校正。使用清水反复进行内部循环，直至密度达到标准大气压及温度下清水密度。校准后，确保及时记录校准数据和进行定期的校正以维持测量的准确性。具体校正程序参见C.2.1。

D.1.2 压差传感器

压差传感器的校正，主要是针对零点漂移进行校正。使用清水进行内部循环，清水在常温25℃、 静态的情况下运行特定的校正程序对压差传感器进行校正。压差传感器在使用前必须进行校准，如果仪器不关机，可以连续测量，一旦关机就要校准，但12h 即使不关机也必须校准一次。一般情况下， 仪器在连续使用时，每天要标定一次;一般在24h内仪器不需再标定。具体校正程序见参见C.2.2。

D.1.3 pH计

pH计的校正需要打开下位机进入校正程序，配制不同pH 值的缓冲溶液，根据这些标准pH 溶液对pH计逐步校正，标定的缓冲溶液一般第一次用pH=6.86的溶液，第二次用接近被测溶液pH 值的缓冲液，如被测溶液为酸性时，缓冲液应选pH=4.00; 如被测溶液为碱性时，则选pH=9.18的缓冲液。pH 计所使用的电极如为新电极或长期未使用过的电极，则在使用前必须用蒸馏水进行数小时的浸泡，这样pH 计电极的不对称电位可以被降低到稳定水平，从而降低电极的内阻。具体校正程序见C2.3。

D.1.4 离子选择电极

离子选择电极的校正需要打开各自对应的下位机进入校正程序，通过用NaOH标准溶液进行前置处理后，再放入标准离子浓度溶液中进行校准，经过仪器下位机自带的校准操作程序，实现对离子选择电极长时间使用过程中测量误差的校正。具体校正程序见D.2.4。

D.2 仪器校正程序

D.2.1 质量流量计校正

D.2.1.1 准备环境：确保校准室温度和湿度处于合适的范围内，确保质量流量计处于稳定状态，清水已经注满质量流量计的内部管道。

D.2.1.2 打开下位机输入密码，进入校正程序，使清水在质量流量计内静置5s 后，自动完成质量流量计的零点校正。

D.2.1.3 对其质量流量进行标定时，启动隔膜泵使清水流动，确保流速稳定;测量质量流量计的输出信号，比较质量流量计的输出信号与已知的校准标准流体质量流量值，调整质量流量计的输出信号， 使其与校准标准流体的质量流量值匹配，这涉及调整增益或修正系数。

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D.2.1.4 密度校正：对不同的流体介质，根据主振频率的变化进行密度校正，使用已知密度的流体进行校正。

D.2.1.5 实时测量温度与密度和高压后样品参考温度与密度不同时，先进行数值观察。在钻井液实时监测装置中，隔膜泵将控制钻井液进入流量(上述情况极有可能由于质量流量计反馈隔膜泵控制变频所导致)。如长时间出现该现象，可以使用清水冲洗及高压空气冲洗洁净质量流量计双管内部。然后使用清水获得水在其他温度下的密度或相对密度，从而对仪器进行校准。

D.2.2 压差传感器校正

D.2.2.1 打开下位机，输入密码进入压差传感器的校正程序。

D.2.2.2 仪器稳定一段时间，程序自动完成零点校正。

D.2.3 pH 计校正

D.2.3.1 打开电源开关后，将仪器调到pH 测量档。

D.2.3.2 先用温度计测量pH=6.86的标准溶液[混合磷酸盐溶液(KH₂PO₄+Na₂HPO₄)] 的温度，然后将pH 计温度补偿旋钮调到所测的温度值下。

D.2.3.3 将复合电极用去离子水冲洗干净，并用镜头纸擦干。

D.2.3.4 将 2mL ～5 mL pH=6.86的标准溶液倒入已用水洗净干燥的塑料烧杯中，洗涤烧杯和复合电极后倒掉，再加入20mL pH=6.86的标准溶液于塑料烧杯中，将复合电极插入溶液中，将仪器定位旋钮调至读数6.86,直到稳定。

D.2.3.5 将复合电极用去离子水洗净，用镜头纸擦干，用温度计测量pH=4.00的溶液[邻苯二甲酸氢钾溶液 (KHC₈H₄O₄)] 的温度，并将仪器温度补偿旋钮调到所测的温度值下。

D.2.3.6 将 2mL～5mL pH=4.00的标准溶液倒入另一个塑料烧杯中，洗涤烧杯和复合电极后倒掉， 再加入20mL pH=4.00的标准溶液，将复合电极插入溶液中，读数稳定后，用斜率旋钮调至pH=4.00。 注意斜率钮调完后，决不能再动。

D.2.3.7 将pH=9.18的标准溶液[四硼酸钠溶液(Na₂B₄O₇·10H₂O)] 按照上述操作步骤重复进行， 并用温度计测定待测液温度，并将仪器温度补偿调至所测温度。注意利用三个测量点进行校准后的斜率钮不能再动。

注意事项：

a) 一般情况下，pH 计在连续使用时，每30d 要标定一次。

b) 标定的缓冲溶液一般第一次用pH=6.86的溶液，第二次用接近被测溶液pH 值的缓冲液，如被测溶液为酸性时，缓冲液应选pH=4.00; 如被测溶液为碱性时，则选pH=9.18的缓冲液。

c) 测量时，电极的引入导线应保持静止，否则会引起测量不稳定。

d) pH计在进行pH值测量时，要保证电极的球泡完全进入到被测量介质内，这样才能获得更加准确的测量结果。

D.2.4 离子选择电极校正

D.2.4.1 装上复合离子选择电极需要注意：复合离子选择电极下端是易碎玻璃泡，使用和存放时注意防止与其他物品发生碰撞而损坏。复合离子选择电极内有内充溶液作为传导介质，如干涸将导致无法测量，须观察有无液体。复合离子选择电极仪器接口需保持干燥。复合离子选择电极连线不能强制性拉动，防止线路接头断裂。

D.2.4.2 打开电源开关后，再调整至测量档。

D.2.4.3 将0.01 mol/L的NaOH 标准溶液20mL 倒人洗净干燥的烧杯中，将复合离子选择电极插入

溶液中，用仪器定位旋钮调整读数，直到稳定。再将0.05 molL 的NaOH标准溶液20mL倒入干净的烧杯中，将复合离子选择电极插入溶液中，用仪器定位旋钮调整读数，直到稳定。必须用指定的标准溶液进行误差校准，调完后，不能再动定位旋钮。

D.2.4.4 将复合离子选择电极插入待测溶液中，读取离子浓度数值，即为待测离子浓度数值。测定时温度不能过高，如超过40℃测定结果将会出现非线性的正偏差，需用烧杯取出稍冷。复合离子选择电极避免与有机物接触，一旦接触或沾污要用清水清洗干净。

D.3 仪器保养及维护

D.3.1 硬件设备维护保养

D.3.1.1 当设备处于长时间工作状态下，请用户注意设备运行状态，请定期对硬件设备进行维护及检修。

D.3.1.2 启动设备，检查设备是否有异响。

D.3.1.3 检查是否有螺栓松动。

D.3.1.4 检查阀执行器有无晃动。

D.3.1.5 检查离心泵隔膜泵油液是否充足。

D.3.1.6 检查计量泵抽吸口处是否漏水，无专业人士指导下，不得触碰计量泵流量设置。

D.3.1.7 定期检查离子选择性电极工作状态是否健康。

D.3.1.8 定期检查搅拌罐冲洗排泄是否正常，且无重晶石固定堵塞状况。

D.3.1.9 检查搅拌器密封油及机油是否充足。

D.3.1.10 检查管线状态。

D.3.2 pH 计保养

D.3.2.1 pH 计玻璃电极的贮存：pH 计短期内不用时，可充分浸泡在饱和氯化钾溶液中。但若长期不用，应将其干放，切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。

D.3.2.2 pH计玻璃电极的清洗：玻璃电极球泡受污染可能使电极响应时间加长，可用CCl₄或皂液揩去污物，然后浸入蒸馏水一昼夜后继续使用。污染严重时，可用5%HF溶液浸10 min～20 min,立即用水冲洗干净，然后，浸入0.1 mol/LHCl溶液一昼夜后继续使用。

D.3.2.3 参比电极的贮存：银一氯化银电极最好的贮存液是饱和氯化钾溶液，高浓度氯化钾溶液可以防止氯化银在液接界处沉淀，并维持液接界处于工作状态。此方法也适用于复合电极的贮存。

D.3.3 离子选择电极保养

D.3.3.1 尽可能根据自己的体系选择合适的参比电极，合适的工作条件可以增长电极的使用寿命。 D.3.3.2 参比电极应常温干燥避光存放，如Ag/AgCl参比电极应严格避光保存。

D.3.3.3 参比电极内置溶液不应含有气泡，以免阻断测量回路或者造成测量曲线异常等;若有气泡， 可竖起参比电极用手指轻弹，使气泡上浮。

D.3.3.4 电极作为一个基准元器件，直接影响测试结果。参比电极有一定的使用寿命，比较容易损坏，需要经常进行校准和更换。

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附录 E

温度、密度、流变性、pH 值、电导率测试流程

E.1 测试流程

E.1.1 井场管路连接参见图A.1及附录C。

E.1.2 在水基钻井液性能在线监测系统中设置完测量时间间隔、清洗时间间隔后，点击“自动测量” 按钮，开始进入自动测量流程。

E.1.3 设置球阀1、球阀2、球阀3均处于直通的状态，通过给变频8V 模拟量电压信号，启动电动隔膜泵抽取钻井液，读取质量流量计仪器的温度、密度、体积流量及质量流量参数，同时读取压差传感器、pH值测量模块、电导率测量模块测量数据，待流量稳定后连续采集压差30s, 计算出平均压差值。

E.1.4 重复E.1.3, 分别将输入变频器的模拟电压信号调整为7V、6V、4V、2V, 读取质量流量计仪器的温度、密度、体积流量及质量流量参数，同时读取压差传感器、pH 值测量模块、电导率测量模块测量数据，待流量稳定后连续采集压差30s, 计算出平均压差值。

E.1.5 将采集到的温度、密度、pH值、电导率参数实时显示在屏幕上，将每一个变频器控制电压下的稳定平均体积流量与平均压差存储在工控机中，用于后续的钻井液表观黏度、塑性黏度及动切力的计算。

E.1.6 当运行完前面的循环后，又继续从8V的高电压至2V 低电压进行下一个循环测量，每经过一个循环后，则可以计算出一个流变性数据，如表观黏度、塑性黏度、动切力参数。

E.1.7 当连续运行的循环数达到设定的清洗时间时，将球阀3切换至旁通状态，电动隔膜泵1从清水罐中抽取清水，进入测量管道中，待出口管道中出现清水时，完成测量管道的清水冲洗。

E.1.8 清水冲洗完毕后，关闭电动隔膜泵1,将球阀3设置为直通状态，打开电磁阀1,分别将球阀1 与球阀2设置为旁通，高压空气进入整个测量管道，实现测量管道的正反向高压空气吹扫，实现在线监测装置的混合清洗。

E.2 参数计算

E.2.1 pH 值测量参数计算

由于pH 值解调仪输出的信号为4 mA～20 mA电流信号，需要将电流信号转化为对应的pH值， 见公式 (E.1):

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式中：

pHmx——解调仪内部设置的pH值测量的最大值; pHmin——解调仪内部设置的pH 值测量的最小值;

……………………………(E.1)

LH— 工控机采集到的pH 值解调仪输出的实际电流值，单位为毫安(mA)。

E.2.2 电导率测量值的计算

由于电导率解调仪输出的信号为4 mA～20mA 电流信号，需要将电流信号转化为对应的电导率

(Cc) 值，见公式 ( E.2):

…………………………………(E.2)

Cmax— 解调仪内部设置的电导率测量的量程，单位为毫西门子每厘米(mS/cm);

Lo——工控机采集到的电导率解调仪输出的实际电流值，单位为毫安 (mA)。

E.2.3 压差测量值的计算

由于压差传感器输出的信号为4 mA～20 mA电流信号，需要将电流信号转化为对应的压差值 (Pcn), 见公式 (E.3):

…………………………………(E.3)

Pmax—解调仪内部设置的电导率测量的量程，单位为千帕 (kPa);

I—— 工控机采集到的压差传感器输出的实际电流值，单位为毫安(mA)。

E.2.4 表观黏度、塑性黏度、动切力参数的计算

由差压传感器测得的测量管两端压差可以得到管道壁面的剪切应力，见公式 (E.4):

PAP …………………………………(E.4)

w ——管壁处的剪切应力，单位为帕(Pa);

D——测量管的内径，单位为米 (m);

△p——测量管测量段的压差，单位为帕(Pa);

L——测量管测量段的长度，单位为米( m)。

对于管道，管壁处的剪切速率见公式 (E.5):

……………………………(E.5)

……………………………………(E.6)

则：

……………………………………(E.7)

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Yw——管壁处的剪切速率，单位为秒的负一次方 ( s-1);

v— 流体经测量管的速度，单位为米每秒(m/s);

N— 广义流性指数。

对测量点测量出的剪切应力和剪切速率数据进行直线最小二乘拟合，得到一条直线y=kx+b的拟合表达式，其中x 为剪切速率，Pa,y 为剪切应力，s⁻¹,k 为塑性黏度PV,Pa · s ( 计算得到之后通常对数值乘以1000,获得工程常用的mPa·s),b 为动切力YP,Pa。

每个测量点处的表观黏度见公式 (E.8):

……………………………………(E.8)

AV——表观黏度(计算得到之后通常对数值乘以1000,获得工程常用的mPa·s), 单位为帕秒

(Pa·s);

Tw——管壁处的剪切应力，单位为帕(Pa);

Yw——管壁处的剪切速率，单位为秒的负一次方( s-¹)。

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附录 F

离子浓度测试流程

F.1 测试流程

F.1.1 井场管路连接参见图A.1 及附录C。

F.1.2 在水基钻井液性能在线监测系统中设置完测量时间间隔、清洗时间间隔后，点击“自动测量” 按钮，开始进入自动测量流程。

F.1.3 在钻井液进入流变性测量循环过程中，如果已经到了离子浓度的测量时间，则启动离子浓度测量流程。

F.1.4 关闭球阀4、电磁阀2、球阀5,打开电磁阀5、球阀6,从而启动气动隔膜泵1,抽取清水泵入定量罐中，多余的清水则从定量罐左边的溢流管排出，经过10s 后，关闭球阀6、电磁阀5,打开电磁阀2、球阀5,从而利用高压空气将定量罐中固定容积的清水吹入下部的离子浓度稀释测量罐中， 实现一次定量清水的注入。

F.1.5 当重复F.1.4两次时，读取氯离子、硫离子、钾离子浓度传感器输出的离子浓度参数，完成清水背景离子浓度的测量。

F.1.6 开启球阀4、球阀6,并且关闭球阀5与电磁阀2,主回路中的钻井液进入定量罐中，多余的钻井液则从定量罐左边的溢流管排出，经过10s 后，关闭球阀4、球阀6,打开电磁阀2与球阀5, 用高压空气将定量罐中固定容积的钻井液吹入下部的离子浓度稀释测量罐中，实现一次定量钻井液的注入。

F.1.7 根据防爆工控机上软件系统设置的离子浓度稀释倍数，重复进行F.1.4中的清水注入程序。

F.1.8 达到系统要求的稀释倍数后，打开电磁阀3,启动气动搅拌器，搅拌离子浓度稀释测量罐中的混合液体，搅拌30s 后，读取氯离子、硫离子、钾离子浓度传感器输出的离子浓度参数，完成稀释后混合溶液离子浓度的测量。

F.1.9 根据背景离子浓度与稀释后的离子浓度参数，结合稀释倍数，计算出实际钻井液的离子浓度参数，并显示在工控机的监测界面上。

F.1.10 打开球阀7,打开电磁阀4,启动气动隔膜泵2,将离子浓度稀释测量罐中的液体抽走并排放至钻井液罐中。

F.1.11 重复进行F.1.4中的清水注入程序，连续注入8次定量清水，并启动气动搅拌器，对离子浓度稀释测量罐进行清水清洗，清洗后再用气动隔膜泵2排出。

F.1.12 重复进行两次F.1.4 中的清水注入程序，将离子浓度稀释测量罐中的离子浓度探头用清水没过，进行离子浓度探头的保养，并等待下一次的离子浓度测量循环。

F.2 参数计算

实际钻井液离子浓度参数需要根据稀释清水背景离子浓度、定量稀释之后的混合溶液离子浓度， 并且结合稀释比例计算出最终的钻井液离子浓度，见公式 (F.1)。

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………………………………(F.1)

r—— 待测钻井液的离子浓度，单位为毫克每升 (mg/L);

r;——稀释后测量钻井液的离子浓度，单位为毫克每升(mg/L);

Iw——稀释清水背景离子浓度，单位为毫克每升(mg/L);

Vw——注入稀释清水的体积，单位为升(L);

Va——注入钻井液的体积，单位为升 (L)。

2 1

附录 G

高温高压滤失量测试流程

G.1 仪器

G.1.1 全自动高温高压滤失量测量仪(图G.1): 主要是由一个液压站、一个蠕动泵、一个气动三通球阀、一套传动系统、一套加热系统、一套杯盖分离系统、一个能回压的装置、一套自动清洁系统、 一套工业相机、一个可以承受高温高压4140 kPa～8960 kPa的钻井液杯组成。钻井液杯配有小型温度传感器、耐油密封圈。

G.1.2 杯内的挡圈是防止液压缸向下运动，造成较大压力，损坏装置。上面的螺纹环桶是方便活塞向上移动能够提起上盖，实现杯盖分离。滤液通过滤纸从滤液出口全部排入量筒，外面的工业相机会时刻记录量筒内滤液体积的变化，收集数据。

22

标引序号说明：

1——定量泵;

2 ——电动推杆; 3——活塞;

4 — — 滤液筒1;

5——排液隔膜泵; 6——清洗隔膜泵; 7——转盘 ;

8 — — 滤液筒2; 9——顶板;

10——气动推杆; 11——滤液量筒; 12——丝杆滑台;

13 ——支撑杆;

14——电动分度盘。

图G.1 钻井液高温高压滤失装置

G.2 测试程序

G.2.1 滤失装置将实验室内人工多次测量更改为钻井液滤失性能在线全自动检测，整套设备主要包括：钻井液抽取、加热、加压和保压，可以实现钻井液加压到3.5 MPa, 升温至150℃,保持该温度

30 min。

G.2.2 滤纸安装及杯体放置：在实验室内将滤纸安装在钻井液杯8内，并锁紧密封圈，然后将6个钻井液杯放置在转盘7上。

G.2.3 钻井液抽取：启动电动转盘14,将转盘7上的钻井液杯8转动到推杆2正下方位置，启动隔膜泵5,蠕动泵先抽取钻井液至定量装置1内，然后将定量的钻井液注入到转盘7上的钻井液杯8。

G.2.4 加压保温：启动电动推杆2,推杆2下移后，将压盖3送入钻井液杯8内，再通过压盖3上的注气孔注入高压气体，并同时通过钻井液杯8的底部通过气管线加载气体压力，当气体压力达到 0.7 MPa后，关闭底部气体阀门，维持0.7 MPa, 当上方钻井液杯8的气体压力达到3.5 MPa后，关闭气源;开启加热器，升温至150℃,形成高温高压，保持该温度30 min, 对钻井液进行滤失测试。 G.2.5 泄压：滤液滤失30 min后，打开上、下加压管线上的排气球阀，钻井液杯8内的高压逐渐降为零，然后启动电动推杆，推杆带动压盖3上移，实现杯盖分离。

G.2.6 清洗：通过蠕动泵抽水对定量装置1、钻井液杯8及所有管路进行冲洗，清洗后的污水排到水箱中。

G.2.7 滤液处理：测试获得的滤液会流入到滤液筒13内，并进入量筒11中，量筒架上布置有3个量筒，通过控制底部丝杆滑台12,实现多个量筒内滤液的高度测量，并通过摄像头对滤液高度进行信号采集。