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弯管流量计在高压泥浆中的应用
点击次数(shù):1960 发布时间(jiān):2020-08-12 16:18:21
摘(zhāi)要:提出了一种使用弯管流量计的高压泥浆测量(liàng)方法,分析了技术难点,对比了各种流量计的优、缺点(diǎn)。在设计、制作出流量计后进(jìn)行了实验分析。实验(yàn)证(zhèng)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(jǐng)液)是石油钻井工程中必不可少的组成部分,它一(yī)方面关系(xì)着能否(fǒu)快速、安全、优质地进行钻井(jǐng);一方面,关系着油气层(céng)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(jiān)接测量法,即测量泥浆泵的冲次,再通过缸(gāng)套直径计算理论排量,进而作为进入井筒的排量。因此,在(zài)钻井工程中(zhōng),需要(yào)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(huán)境(jìng)的压力非常大,高达30MPa,传统流量计无法承(chéng)受此压力;泥浆含有大量固(gù)体(tǐ)颗粒,在高压、高(gāo)流速时会对管壁造成*大的磨损,选用的(de)流量计必须耐磨损、耐冲刷;管(guǎn)道高压下运行时会产生很大(dà)的震动,因此,流量(liàng)计要抗震,且能在震动环境中长期(qī)、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(bù)流量计中的使用率占到了70%,主要是因(yīn)为其开发的时间较早(zǎo)且(qiě)费用低。但也存在不少缺点,比如压力损(sǔn)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(guǎn)道内截面变形和耐损(sǔn)性差等。
2.2超声波流量计
超声波流量计是根据多普勒(lè)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(lǜ)信号在不同流速时的接收频率不同(tóng)。根据上述原理,可通过接收的信号(hào)反(fǎn)推出流速和流量。但超声波流量计对安装和现场(chǎng)工况都有限(xiàn)制,不(bú)能存在过大的工频(pín)和变频干扰(rǎo)。
2.3泥浆流量计
泥浆流量计的精度很(hěn)高,可以测量非牛顿流体,但无法承受高(gāo)压泥浆的压力。
2.4弯管流量(liàng)计
弯管流量计利用流体流过90°弯管(guǎn)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(liàng),且具有无节(jiē)流件(jiàn)、耐(nài)磨损、耐高压和抗震(zhèn)动等特性,非常适合(hé)在高压泥浆流量(liàng)计算中(zhōng)应用。
3、系统设计、制(zhì)造
在高压泥浆的实际应用中(zhōng),进行流量计测量的*大难点是导压管堵塞(sāi),因此,采用(yòng)了隔离(lí)液导压系统。隔离罐的上(shàng)方连接了高静压差压变送器,利用(yòng)漏斗向系统内部正、负压(yā)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(héng)原理,只需要打开差压正压侧(cè)上方的(de)排气阀、关闭同一侧的根(gēn)部阀,再通过漏斗就可以一次性将导压系统正压侧灌(guàn)满隔离液,操作方便。在运行时,只(zhī)要打(dǎ)开根部阀即可投入运行。由于泥浆的密度(dù)比(bǐ)硅油大,硅油的密度(dù)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(jī)在其下方,不会对差压变送器造成任何污染;同时,硅油与(yǔ)泥浆互不相溶,根部阀以上部分会始终保持(chí)纯净(jìng),密度不会变(biàn)化,不会影(yǐng)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(gāng),所有焊点经全部探伤。差压变送器选用日本原(yuán)装进口(kǒu)品*EJA-130A,精度为0.075%,耐压(yā)为 42 MPa。
流量计(jì)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**更(gèng)换所使用的软件。
整体组(zǔ)装在华(huá)北理工大学智能仪器厂进行,先用水进行实流(liú)标定,满足该V形弯管流量计测量水介质的(de)精度为0.5%,之后(hòu)拿到石油钻井(jǐng)工(gōng)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(shù),其会随流速的提高而减小,逐(zhú)渐趋于恒(héng)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(suí)着雷诺数的增大而(ér)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(yòng)的泥浆为常用泥浆,流量高于16L/s时,流量系数(shù)接近恒定,为(wéi)+1.4%和+1%,系数修正1%,流量计完全能保证1.0级精度。而正(zhèng)常使用的流量为18~30L/s,因此,实(shí)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(shǐ)用弯管(guǎn)流量计测(cè)量可达(dá)到较高的计量精度,能为钻井生产工艺的改进(jìn)、钻井生(shēng)产效率(lǜ)的提高提(tí)供(gòng)有效的技术支持,拓宽了弯管流量计在工业应用中的技(jì)术领域。
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在石油钻井中,高压泥浆(钻井(jǐng)液)是石油钻井工程中必不可少的组成部分,它一(yī)方面关系(xì)着能否(fǒu)快速、安全、优质地进行钻井(jǐng);一方面,关系着油气层(céng)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(jiān)接测量法,即测量泥浆泵的冲次,再通过缸(gāng)套直径计算理论排量,进而作为进入井筒的排量。因此,在(zài)钻井工程中(zhōng),需要(yào)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(huán)境(jìng)的压力非常大,高达30MPa,传统流量计无法承(chéng)受此压力;泥浆含有大量固(gù)体(tǐ)颗粒,在高压、高(gāo)流速时会对管壁造成*大的磨损,选用的(de)流量计必须耐磨损、耐冲刷;管(guǎn)道高压下运行时会产生很大(dà)的震动,因此,流量(liàng)计要抗震,且能在震动环境中长期(qī)、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(bù)流量计中的使用率占到了70%,主要是因(yīn)为其开发的时间较早(zǎo)且(qiě)费用低。但也存在不少缺点,比如压力损(sǔn)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(guǎn)道内截面变形和耐损(sǔn)性差等。
2.2超声波流量计
超声波流量计是根据多普勒(lè)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(lǜ)信号在不同流速时的接收频率不同(tóng)。根据上述原理,可通过接收的信号(hào)反(fǎn)推出流速和流量。但超声波流量计对安装和现场(chǎng)工况都有限(xiàn)制,不(bú)能存在过大的工频(pín)和变频干扰(rǎo)。
2.3泥浆流量计
泥浆流量计的精度很(hěn)高,可以测量非牛顿流体,但无法承受高(gāo)压泥浆的压力。
2.4弯管流量(liàng)计
弯管流量计利用流体流过90°弯管(guǎn)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(liàng),且具有无节(jiē)流件(jiàn)、耐(nài)磨损、耐高压和抗震(zhèn)动等特性,非常适合(hé)在高压泥浆流量(liàng)计算中(zhōng)应用。
3、系统设计、制(zhì)造
在高压泥浆的实际应用中(zhōng),进行流量计测量的*大难点是导压管堵塞(sāi),因此,采用(yòng)了隔离(lí)液导压系统。隔离罐的上(shàng)方连接了高静压差压变送器,利用(yòng)漏斗向系统内部正、负压(yā)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(héng)原理,只需要打开差压正压侧(cè)上方的(de)排气阀、关闭同一侧的根(gēn)部阀,再通过漏斗就可以一次性将导压系统正压侧灌(guàn)满隔离液,操作方便。在运行时,只(zhī)要打(dǎ)开根部阀即可投入运行。由于泥浆的密度(dù)比(bǐ)硅油大,硅油的密度(dù)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(jī)在其下方,不会对差压变送器造成任何污染;同时,硅油与(yǔ)泥浆互不相溶,根部阀以上部分会始终保持(chí)纯净(jìng),密度不会变(biàn)化,不会影(yǐng)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(gāng),所有焊点经全部探伤。差压变送器选用日本原(yuán)装进口(kǒu)品*EJA-130A,精度为0.075%,耐压(yā)为 42 MPa。
流量计(jì)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**更(gèng)换所使用的软件。
整体组(zǔ)装在华(huá)北理工大学智能仪器厂进行,先用水进行实流(liú)标定,满足该V形弯管流量计测量水介质的(de)精度为0.5%,之后(hòu)拿到石油钻井(jǐng)工(gōng)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(shù),其会随流速的提高而减小,逐(zhú)渐趋于恒(héng)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(suí)着雷诺数的增大而(ér)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(yòng)的泥浆为常用泥浆,流量高于16L/s时,流量系数(shù)接近恒定,为(wéi)+1.4%和+1%,系数修正1%,流量计完全能保证1.0级精度。而正(zhèng)常使用的流量为18~30L/s,因此,实(shí)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(shǐ)用弯管(guǎn)流量计测(cè)量可达(dá)到较高的计量精度,能为钻井生产工艺的改进(jìn)、钻井生(shēng)产效率(lǜ)的提高提(tí)供(gòng)有效的技术支持,拓宽了弯管流量计在工业应用中的技(jì)术领域。
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