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弯管流量计测量高压泥浆的应用研究

时间:2018-03-28 19:02来源:未知 作者:admin 点击:
高压泥浆(钻井液)是石油钻井功课工程中的重要构成部分,一方面关系着安然、快速、优质钻井,另一方面关系着油气层保护。在实际工作中, 风速仪 是测量空气流速的仪器。它的种类较多,气象台站最常用的为风杯风速计,人们须要控制进出井筒的泥浆流量,今朝
 

高压泥浆(钻井液)是石油钻井功课工程中的重要构成部分,一方面关系着安然、快速、优质钻井,另一方面关系着油气层保护。在实际工作中,风速仪是测量空气流速的仪器。它的种类较多,气象台站最常用的为风杯风速计,人们须要控制进出井筒的泥浆流量,今朝对进入井筒的流量均采取间接测量法,即测量泥浆泵的冲次,再经由过程缸套直径计算出理论排量,作为进入井筒的排量。而理论排量与实际排量存在差别,如泥浆进入缸筒时因为吸入压优等原因不克不及完全充斥,泵因为异物等原因不克不及完全封闭等等,都可能存在误差。

因为泥浆是典范的非牛顿流体(即流体的活动规律不相符惯例牛顿物理学定律),日常平凡工业应用的流量计测量的都是惯例牛顿流体,再加上工况压力高达30Mpa,今朝国表里还没有流量计能解决此计量难题;别的,泥浆含有固体颗粒,压力高、流速高,易对流量计造成磨损,一般流量计根本无法实用,以至于国表里今朝没有任何流量计能直接测量。

1 重要技巧难点

1)泥浆长短惯例流体――典范的非牛顿流体,活动规律不相符惯例流体。想建立数学模型不克不及采取简单的流体力学方程――伯努利方程,其深层次的欧拉方程因假设流体为幻想流畅――粘度为零,也将不克不及采取。

2)工况压力高达30Mpa,传统流量计无法遭受。

3)泥浆含固体颗粒,高压、高流速下对管壁磨损严重。所用流量计还要耐磨损,耐冲刷。

4)现场管道高压下运行时震动很年夜,流量计必须抗震动,能在震动情况下经久运行。

2 年夜量流量计的查询拜访研究

根据测量泥浆的技巧难点,我们对各类流量计进行了广泛的研究。

1)孔板流量计:占流量计用量的70%,该产品特点是价格低廉,研究时光比较长,在惯例流体中应用广泛。缺点是,起首,压力损掉太年夜,增长不须要的动力消费;其次,本身是一种撙节装配,泥浆中固体颗粒过不去,轻易淤积,改变管道内截面积的外形,影响计量;再次,不耐磨损,精度靠内孔一条锐角线包管,稍有0.2mm的磨损精度就会受到很年夜影响。

2)涡街流量计:它测量流体流过传感器产生的漩涡频率反算出流速,进而肯定流量。测频率旌旗灯号最年夜缺点是怕震动,现场年夜型设备震动激烈,该流量计根本无法运行,再加上须要法兰连接,耐压才能不足10Mpa,是以也无法测量泥浆。

3)电磁流量计:该流量计精度高,热像仪具有多功能,高清晰度及高性能的特点,能测量非牛顿流体。然而泥浆的高压是电磁无法遭受的,是以也无法应用。

4)弯管流量计:应用流体流过90度弯管时产生的离心力测流量,外弧受到的压力比内侧更高,根据表里侧压力差计算流速和流量[2],烟气分析仪广泛适用于各种工业燃烧设备的维护与监测,特点如下:

无撙节件,有自干净功能,固体颗粒不会淤积在传感器处,传感器会被流体冲刷的干清干净;

耐磨损:传感器表里面为弧形构造,不易磨损,即使有稍微磨损,因为弯管传感器是靠整体90度面来包管测量精度,磨损比例很小,精度不易降低;

耐高压:传感器自身就是一个有必定尺寸请求的金属弯头,材质与壁厚都可以与石油管道雷同,经金属弯头承压计算,完全能达到35MPa耐压请求;

抗震动:它属于差压式流量计,所有差压式流量计都不怕震动。因为正负压侧同时受震动,干扰值正好互相抵消。

综合比较后,我们选择弯管流量计作为冲破口解决高压泥浆计量难题。

3 体系的设计和制造

在现场应用时,测量最关键的难点是要解决导压管防堵问题。采取隔离液导压体系,如图1所示。

 

图1 隔离液导压体系

隔离罐上方接高静压差压变送器,应用漏斗分别向体系内正负压侧灌硅油隔离液。例如对正压侧灌隔离液,根据U型管液面均衡道理,只要分别打开差压正压侧上方的排气阀,封闭同一侧根部阀,经由过程漏斗可一次性将导压体系正压侧灌满隔离液,操作简便。运行时打开根部阀投运即可。

因为泥浆比硅油密度年夜,硅油密度约900kg/m3,泥浆为1000~1300kg/m3,即使泥浆进入隔离罐,也是鄙人方,不会污染差压变送器;同时硅油与泥浆不互溶,根部阀以上部分始终保持纯净,不会造成密度变更影响差压精度。硅油凝固点为零下,能包管年夜陆冬季正常运行。

传感器采取加厚不锈钢材质,所有焊点经全部探伤包管安然。差压变送器选用日来源基本装进口品牌EJA-130A,精度0.075%,耐压42MPa。

主机表液晶显示,外配防爆盒,精度0.05%,功能可根据现场请求随时改换软件。

整体组装在华北理工年夜学智能仪器厂进行,先用水进行实流标定,知足该V型弯管流量计测量水介质精度为0.5%,再拿到石油钻井工地进行泥浆实验。

4 实验和修改

经体系实验,发明误差是陈规律性变更的。每个测点的误差修改后都对应一个流量系数,流量系数变更规律是跟着流速的进步系数逐渐减小,并趋于恒定值;跟着粘度的增长系数逐渐增年夜。解释流量系数与雷诺数有关,跟着雷诺数的增年夜流量系数逐渐减小,年夜到必定程度系数为恒定值。

实验泥浆为常用泥浆,按该泥浆参数做的实验注解,流量高于16L/s系数已异常恒定,+1.4%、+1%,系数修改1%,流量计完全可以或许包管1.0级精度。而正常应用的流量恰为18~30L/s,异常幻想。

整顿两天全部实验,描述出流量系数随雷诺数的变更曲线,拟合流量系数修改公式[3],使中、高流量下(年夜于15L/s)精度1.0级,低流量下精度1.5级。

5 取得的成果

这是国内初次实现高压泥浆流量的高精度测量,精度达1%,耐压35MPa。它的研发成功打破石油钻井泥浆计量经久无流量计的汗青,与以前的间接测量比拟,年夜年夜削减计算误差。用于石油钻井临盆可赞助断定泥浆泵故障,有利设备的安稳定定运行;在用于固井泥浆量计量的同时,与返浆量进行比较,可精确断定泥浆在井筒心坎的漏掉量,为进步固井质量供给了靠得住包管。

因为弯管流量计直接用于测量泥浆并达到较高的计量精度,为钻井临盆工艺的改进、钻井水平和钻井临盆效力的进步供给有效的技巧支撑,拓宽了弯管流量计应用技巧范畴。

超声波流量计&

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