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彎管流量計在高壓泥漿中的應(yīng)用

點(diǎn)擊次數(shù):1972 發(fā)布時間:2020-08-12 16:18:21
摘要:提出了一種使用彎管流量計的高壓泥漿測量方法,分析了技術(shù)難點(diǎn),對比了各種流量計的優(yōu)、缺點(diǎn)。在設(shè)計、制作出流量計后進(jìn)行了實驗分析。實驗證明,在高壓泥漿中使用彎管流量計進(jìn)行流量測量是可行、有效的。
在石油鉆井中,高壓泥漿(鉆井液)是石油鉆井工程中必不可少的組成部分,它一方面關(guān)系著能否快速、安全、優(yōu)質(zhì)地進(jìn)行鉆井;一方面,關(guān)系著油氣層的保護(hù)工作。在實際工作中,需要掌握進(jìn)出井筒的泥漿流量。而目前對進(jìn)入井筒的流量均采用間接測量法,即測量泥漿泵的沖次,再通過缸套直徑計算理論排量,進(jìn)而作為進(jìn)入井筒的排量。因此,在鉆井工程中,需要對進(jìn)出井筒的高壓泥漿流量進(jìn)行測量。
1、技術(shù)難點(diǎn)
高壓泥漿所處工業(yè)環(huán)境的壓力非常大,高達(dá)30MPa,傳統(tǒng)流量計無法承受此壓力;泥漿含有大量固體顆粒,在高壓、高流速時會對管壁造成*大的磨損,選用的流量計必須耐磨損、耐沖刷;管道高壓下運(yùn)行時會產(chǎn)生很大的震動,因此,流量計要抗震,且能在震動環(huán)境中長期、正常運(yùn)行。
2、各類流量計的對比
2.1孔板流量計
孔板流量計在全部流量計中的使用率占到了70%,主要是因為其開發(fā)的時間較早且費(fèi)用低。但也存在不少缺點(diǎn),比如壓力損失大、有很多不必要的動力消耗、固體顆粒難以通過而造成管道內(nèi)截面變形和耐損性差等。
2.2超聲波流量計
超聲波流量計是根據(jù)多普勒效應(yīng)設(shè)計的,在其一端可發(fā)射超聲波信號,由另一端接收,發(fā)射的同頻率信號在不同流速時的接收頻率不同。根據(jù)上述原理,可通過接收的信號反推出流速和流量。但超聲波流量計對安裝和現(xiàn)場工況都有限制,不能存在過大的工頻和變頻干擾。
2.3泥漿流量計 
泥漿流量計的精度很高,可以測量非牛頓流體,但無法承受高壓泥漿的壓力。
2.4彎管流量計
彎管流量計利用流體流過90°彎管時產(chǎn)生的離心力進(jìn)行測量,內(nèi)弧受到的壓力比外側(cè)小,從而可依據(jù)內(nèi)、外的壓力差計算流速和流量,且具有無節(jié)流件、耐磨損、耐高壓和抗震動等特性,非常適合在高壓泥漿流量計算中應(yīng)用。
3、系統(tǒng)設(shè)計、制造
在高壓泥漿的實際應(yīng)用中,進(jìn)行流量計測量的*大難點(diǎn)是導(dǎo)壓管堵塞,因此,采用了隔離液導(dǎo)壓系統(tǒng)。隔離罐的上方連接了高靜壓差壓變送器,利用漏斗向系統(tǒng)內(nèi)部正、負(fù)壓側(cè)分別灌入硅油隔離液。
在對正壓側(cè)灌入隔離液時,根據(jù)U形管液面平衡原理,只需要打開差壓正壓側(cè)上方的排氣閥、關(guān)閉同一側(cè)的根部閥,再通過漏斗就可以一次性將導(dǎo)壓系統(tǒng)正壓側(cè)灌滿隔離液,操作方便。在運(yùn)行時,只要打開根部閥即可投入運(yùn)行。由于泥漿的密度比硅油大,硅油的密度約為900kg/m3,泥漿的密度約為1 000~1 300kg/m3,所以,即使泥漿進(jìn)入隔離罐,也會積在其下方,不會對差壓變送器造成任何污染;同時,硅油與泥漿互不相溶,根部閥以上部分會始終保持純凈,密度不會變化,不會影響差壓精度。硅油凝固點(diǎn)在0℃以下,基本可
保證流量計在冬季的正常運(yùn)行。
該彎管流量計的傳感器采用加厚不銹鋼,所有焊點(diǎn)經(jīng)全部探傷。差壓變送器選用日本原裝進(jìn)口品*EJA-130A,精度為0.075%,耐壓為 42 MPa。
流量計的主機(jī)表為液晶顯示,外加有防爆盒,精度在0.05%,可以根據(jù)測量場地的實際需求**更換所使用的軟件。
整體組裝在華北理工大學(xué)智能儀器廠進(jìn)行,先用水進(jìn)行實流標(biāo)定,滿足該V形彎管流量計測量水介質(zhì)的精度為0.5%,之后拿到石油鉆井工地進(jìn)行泥漿實驗。
4、實驗
通過各種實驗發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)的誤差變化是有規(guī)律的。在每一個監(jiān)測點(diǎn)的誤差修正后,均對應(yīng)著一個流量系數(shù),其會隨流速的提高而減小,逐漸趨于恒定值;隨著黏度的增加而增大。由此可見,流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),隨著雷諾數(shù)的增大而逐漸減小,雷諾數(shù)增大到一定程度時,流量系數(shù)為恒定值。
實驗時所用的泥漿為常用泥漿,流量高于16L/s時,流量系數(shù)接近恒定,為+1.4%和+1%,系數(shù)修正1%,流量計完全能保證1.0級精度。而正常使用的流量為18~30L/s,因此,實驗效果非常理想。
5、結(jié)束語
由以上研究可看出,在高壓泥漿中使用彎管流量計測量可達(dá)到較高的計量精度,能為鉆井生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、鉆井生產(chǎn)效率的提高提供有效的技術(shù)支持,拓寬了彎管流量計在工業(yè)應(yīng)用中的技術(shù)領(lǐng)域。

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