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弯管流量计在高压泥浆中的应用

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弯管流量计在高压泥浆中的应用
点击次数: 发布时间:2018-04-27
摘要:提出了一种使用弯管流量计的高压泥浆测量方法,分析了技术难点,对比了各种流量计的优、缺点。在设计、制作出流量计后进行了实验分析。实验证明,在高压泥浆中使用弯管流量计进行流量测量是可行、有效的。
在石油钻井中,高压泥浆(钻井液)是石油钻井工程中必不可少的组成部分,它一方面关系着能否快速、安全、优质地进行钻井;一方面,关系着油气层的保护工作。在实际工作中,需要掌握进出井筒的泥浆流量。而目前对进入井筒的流量均采用间接测量法,即测量泥浆泵的冲次,再通过缸套直径计算理论排量,进而作为进入井筒的排量。因此,在钻井工程中,需要对进出井筒的高压泥浆流量进行测量。
1、技术难点
高压泥浆所处工业环境的压力非常大,高达30MPa,传统流量计无法承受此压力;泥浆含有大量固体颗粒,在高压、高流速时会对管壁造成极大的磨损,选用的流量计必须耐磨损、耐冲刷;管道高压下运行时会产生很大的震动,因此,流量计要抗震,且能在震动环境中长期、正常运行。
2、各类流量计的对比
2.1孔板流量计
孔板流量计在全部流量计中的使用率占到了70%,主要是因为其开发的时间较早且费用低。但也存在不少缺点,比如压力损失大、有很多不必要的动力消耗、固体颗粒难以通过而造成管道内截面变形和耐损性差等。
2.2超声波流量计
超声波流量计是根据多普勒效应设计的,在其一端可发射超声波信号,由另一端接收,发射的同频率信号在不同流速时的接收频率不同。根据上述原理,可通过接收的信号反推出流速和流量。但超声波流量计对安装和现场工况都有限制,不能存在过大的工频和变频干扰。
2.3电磁流量计
电磁流量计的精度很高,可以测量非牛顿流体,但无法承受高压泥浆的压力。
2.4弯管流量计
弯管流量计利用流体流过90°弯管时产生的离心力进行测量,内弧受到的压力比外侧小,从而可依据内、外的压力差计算流速和流量,且具有无节流件、耐磨损、耐高压和抗震动等特性,非常适合在高压泥浆流量计算中应用。
3、系统设计、制造
在高压泥浆的实际应用中,进行流量计测量的最大难点是导压管堵塞,因此,采用了隔离液导压系统。隔离罐的上方连接了高静压差压变送器,利用漏斗向系统内部正、负压侧分别灌入硅油隔离液。
在对正压侧灌入隔离液时,根据U形管液面平衡原理,只需要打开差压正压侧上方的排气阀、关闭同一侧的根部阀,再通过漏斗就可以一次性将导压系统正压侧灌满隔离液,操作方便。在运行时,只要打开根部阀即可投入运行。由于泥浆的密度比硅油大,硅油的密度约为900kg/m3,泥浆的密度约为1 000~1 300kg/m3,所以,即使泥浆进入隔离罐,也会积在其下方,不会对差压变送器造成任何污染;同时,硅油与泥浆互不相溶,根部阀以上部分会始终保持纯净,密度不会变化,不会影响差压精度。硅油凝固点在0℃以下,基本可
保证流量计在冬季的正常运行。
该弯管流量计的传感器采用加厚不锈钢,所有焊点经全部探伤。差压变送器选用日本原装进口品牌EJA-130A,精度为0.075%,耐压为 42 MPa。
流量计的主机表为液晶显示,外加有防爆盒,精度在0.05%,可以根据测量场地的实际需求随时更换所使用的软件。
整体组装在华北理工大学智能仪器厂进行,先用水进行实流标定,满足该V形弯管流量计测量水介质的精度为0.5%,之后拿到石油钻井工地进行泥浆实验。
4、实验
通过各种实验发现,该系统的误差变化是有规律的。在每一个监测点的误差修正后,均对应着一个流量系数,其会随流速的提高而减小,逐渐趋于恒定值;随着黏度的增加而增大。由此可见,流量系数与雷诺数有关,随着雷诺数的增大而逐渐减小,雷诺数增大到一定程度时,流量系数为恒定值。
实验时所用的泥浆为常用泥浆,流量高于16L/s时,流量系数接近恒定,为+1.4%和+1%,系数修正1%,流量计完全能保证1.0级精度。而正常使用的流量为18~30L/s,因此,实验效果非常理想。
5、结束语
由以上研究可看出,在高压泥浆中使用弯管流量计测量可达到较高的计量精度,能为钻井生产工艺的改进、钻井生产效率的提高提供有效的技术支持,拓宽了弯管流量计在工业应用中的技术领域。

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