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彎管流量計在高壓泥漿中的應用
點擊次數：2052 發布時間：2020-08-12 16:18:21
摘要：提出了一種使用彎（wān）管流量計的高壓泥漿（jiāng）測量方法，分析了技術難點，對比了各種流量計的優、缺點。在設計、製作出流量計後進行了（le）實驗分析。實驗證明，在高壓泥漿中使用彎管流量計進行流（liú）量測量是可行（háng）、有效（xiào）的。
在石油鑽井中，高壓泥漿（鑽井液）是石油鑽井工程中必不可少的組成部分，它一方麵關係著能否快速、安全、優質地進行鑽井；一方麵，關係著油氣層的保護工作。在實際工（gōng）作中，需要掌握進出井（jǐng）筒的泥漿（jiāng）流量。而目前對進入井筒的流量均采用間接測量法，即測量泥（ní）漿（jiāng）泵的衝次，再通過（guò）缸套直徑（jìng）計算理論排量，進而作為進入井筒的排量。因此，在（zài）鑽井工程中，需（xū）要對進出井筒的高壓泥漿流量進行測量。
1、技術難點
高壓泥漿所處（chù）工業環境的壓力（lì）非（fēi）常大，高達30MPa，傳統流量計無法承受此壓力；泥漿含有大量（liàng）固體顆粒，在高壓、高流速時會對管（guǎn）壁造成*大的磨損，選用的流量計必須耐磨損、耐衝刷；管道高壓下運行時會產生很（hěn）大的震動（dòng），因此（cǐ），流量計要（yào）抗（kàng）震（zhèn），且能在震動（dòng）環境（jìng）中長期、正常（cháng）運行。
2、各類流量計的對比
2.1孔板流量計
孔板流量計（jì）在（zài）全部流（liú）量計中的使用率占到了70%，主要是因為其開發的時間較（jiào）早且費用低。但也存（cún）在不少缺點（diǎn），比如壓力（lì）損失大、有很多不必要的動力消耗、固（gù）體顆粒難以通過（guò）而造（zào）成（chéng）管道內截麵變（biàn）形和耐損性差等。
2.2超聲波流量計
超聲波流量計是根據多普勒效應設計（jì）的，在其一端可發射超聲波信號，由另一端接收，發（fā）射的同頻率（lǜ）信號在不同流速時的接收（shōu）頻（pín）率不同。根（gēn）據上述原理，可通過接收的信（xìn）號反推出流速和流量。但（dàn）超聲波流量計對安裝（zhuāng）和（hé）現場工況都有限製，不能存在過大的工頻和變頻幹擾。
2.3泥漿流量計
泥漿流（liú）量（liàng）計的精度很高，可以測量（liàng）非牛頓流體（tǐ），但無法承受高壓泥漿（jiāng）的壓力。
2.4彎管流（liú）量計
彎管流量計利用流體流過90°彎管時產生的離心力進（jìn）行測量，內弧受到的壓力比外（wài）側小，從而（ér）可依據內、外的壓力差計算流速和（hé）流量，且具有無節流件、耐磨損、耐高（gāo）壓（yā）和抗震動等特性，非常適合（hé）在高壓泥漿流量計算中應用。
3、係統設計（jì）、製造
在高壓泥漿的實際應用中，進行流量計測量的*大難點是導壓管堵塞，因此，采用了隔離液（yè）導壓係統。隔離（lí）罐的上方連接了高靜壓差壓（yā）變送器，利（lì）用漏鬥向（xiàng）係統內部正、負壓側分別灌入矽油隔離液。
在對正壓（yā）側灌入隔離液時（shí），根據U形管液麵平衡原理，隻（zhī）需要（yào）打開差（chà）壓正壓（yā）側上（shàng）方的排（pái）氣閥（fá）、關閉同一側（cè）的（de）根部閥，再通過漏鬥就可（kě）以一次性將導壓係統正壓側灌滿隔離液，操作方便。在運行時，隻要打開根部（bù）閥即可投（tóu）入（rù）運行。由於泥漿的密度比矽油大（dà），矽油的密度約為900kg/m3，泥漿的密度約為1 000～1 300kg/m3，所以，即使泥漿（jiāng）進入隔離罐（guàn），也會積在其下方，不會對（duì）差壓變送（sòng）器（qì）造成任何汙染（rǎn）；同時，矽油與泥漿（jiāng）互不相溶，根部閥以上部分會始終保持純淨，密度（dù）不會變化，不會影響差壓精度。矽（guī）油凝固點在0℃以下，基本可
保證流量計在（zài）冬季的正常運行。
該彎管流量計的傳感器采用加厚不鏽鋼，所有焊點經全（quán）部探傷。差壓變送器選用日本原裝進口品*EJA-130A，精度（dù）為0.075%，耐壓為 42 MPa。
流量計（jì）的主（zhǔ）機表（biǎo）為液晶顯示，外加有防爆盒，精度（dù）在0.05%，可以根據測（cè）量場地的（de）實際需求**更換所使用的軟件。
整體組裝在華北（běi）理（lǐ）工大學（xué）智能儀器廠進行，先用水進行實流標定，滿足該V形彎管流量（liàng）計測量水介質的精度為0.5%，之（zhī）後拿到石油鑽井工地進行泥漿實驗。
4、實驗
通過各種實驗發現，該係統的誤差變化（huà）是有規律的。在（zài）每一個監（jiān）測點的誤差修（xiū）正後，均對應著一個流量（liàng）係數，其會隨流速的提高而減小，逐漸（jiàn）趨於恒定值；隨（suí）著黏度的增加而（ér）增大。由（yóu）此可見，流量係數（shù）與雷諾數有關，隨著雷諾數的增大而逐漸減小，雷（léi）諾數增大到一定程度時，流量（liàng）係數為恒定值（zhí）。
實驗時（shí）所用的泥漿為常用泥漿，流量高於16L/s時，流（liú）量（liàng）係數接近恒定，為+1.4%和+1%，係數修正1%，流量計完（wán）全（quán）能保證（zhèng）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（cháng）理（lǐ）想。
5、結束語
由以上（shàng）研究可看出，在高壓泥漿中使用彎管流量計測量可達到較高的（de）計（jì）量精度，能為鑽（zuàn）井生產工藝的改進、鑽井生產效（xiào）率的提高提供有（yǒu）效的技術（shù）支持，拓寬（kuān）了彎管流量計在工業應用中的技（jì）術領域。
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1、技術難點
高壓泥漿所處（chù）工業環境的壓力（lì）非（fēi）常大，高達30MPa，傳統流量計無法承受此壓力；泥漿含有大量（liàng）固體顆粒，在高壓、高流速時會對管（guǎn）壁造成*大的磨損，選用的流量計必須耐磨損、耐衝刷；管道高壓下運行時會產生很（hěn）大的震動（dòng），因此（cǐ），流量計要（yào）抗（kàng）震（zhèn），且能在震動（dòng）環境（jìng）中長期、正常（cháng）運行。
2、各類流量計的對比
2.1孔板流量計
孔板流量計（jì）在（zài）全部流（liú）量計中的使用率占到了70%，主要是因為其開發的時間較（jiào）早且費用低。但也存（cún）在不少缺點（diǎn），比如壓力（lì）損失大、有很多不必要的動力消耗、固（gù）體顆粒難以通過（guò）而造（zào）成（chéng）管道內截麵變（biàn）形和耐損性差等。
2.2超聲波流量計
超聲波流量計是根據多普勒效應設計（jì）的，在其一端可發射超聲波信號，由另一端接收，發（fā）射的同頻率（lǜ）信號在不同流速時的接收（shōu）頻（pín）率不同。根（gēn）據上述原理，可通過接收的信（xìn）號反推出流速和流量。但（dàn）超聲波流量計對安裝（zhuāng）和（hé）現場工況都有限製，不能存在過大的工頻和變頻幹擾。
2.3泥漿流量計
泥漿流（liú）量（liàng）計的精度很高，可以測量（liàng）非牛頓流體（tǐ），但無法承受高壓泥漿（jiāng）的壓力。
2.4彎管流（liú）量計
彎管流量計利用流體流過90°彎管時產生的離心力進（jìn）行測量，內弧受到的壓力比外（wài）側小，從而（ér）可依據內、外的壓力差計算流速和（hé）流量，且具有無節流件、耐磨損、耐高（gāo）壓（yā）和抗震動等特性，非常適合（hé）在高壓泥漿流量計算中應用。
3、係統設計（jì）、製造
在高壓泥漿的實際應用中，進行流量計測量的*大難點是導壓管堵塞，因此，采用了隔離液（yè）導壓係統。隔離（lí）罐的上方連接了高靜壓差壓（yā）變送器，利（lì）用漏鬥向（xiàng）係統內部正、負壓側分別灌入矽油隔離液。
在對正壓（yā）側灌入隔離液時（shí），根據U形管液麵平衡原理，隻（zhī）需要（yào）打開差（chà）壓正壓（yā）側上（shàng）方的排（pái）氣閥（fá）、關閉同一側（cè）的（de）根部閥，再通過漏鬥就可（kě）以一次性將導壓係統正壓側灌滿隔離液，操作方便。在運行時，隻要打開根部（bù）閥即可投（tóu）入（rù）運行。由於泥漿的密度比矽油大（dà），矽油的密度約為900kg/m3，泥漿的密度約為1 000～1 300kg/m3，所以，即使泥漿（jiāng）進入隔離罐（guàn），也會積在其下方，不會對（duì）差壓變送（sòng）器（qì）造成任何汙染（rǎn）；同時，矽油與泥漿（jiāng）互不相溶，根部閥以上部分會始終保持純淨，密度（dù）不會變化，不會影響差壓精度。矽（guī）油凝固點在0℃以下，基本可
保證流量計在（zài）冬季的正常運行。
該彎管流量計的傳感器采用加厚不鏽鋼，所有焊點經全（quán）部探傷。差壓變送器選用日本原裝進口品*EJA-130A，精度（dù）為0.075%，耐壓為 42 MPa。
流量計（jì）的主（zhǔ）機表（biǎo）為液晶顯示，外加有防爆盒，精度（dù）在0.05%，可以根據測（cè）量場地的（de）實際需求**更換所使用的軟件。
整體組裝在華北（běi）理（lǐ）工大學（xué）智能儀器廠進行，先用水進行實流標定，滿足該V形彎管流量（liàng）計測量水介質的精度為0.5%，之（zhī）後拿到石油鑽井工地進行泥漿實驗。
4、實驗
通過各種實驗發現，該係統的誤差變化（huà）是有規律的。在（zài）每一個監（jiān）測點的誤差修（xiū）正後，均對應著一個流量（liàng）係數，其會隨流速的提高而減小，逐漸（jiàn）趨於恒定值；隨（suí）著黏度的增加而（ér）增大。由（yóu）此可見，流量係數（shù）與雷諾數有關，隨著雷諾數的增大而逐漸減小，雷（léi）諾數增大到一定程度時，流量（liàng）係數為恒定值（zhí）。
實驗時（shí）所用的泥漿為常用泥漿，流量高於16L/s時，流（liú）量（liàng）係數接近恒定，為+1.4%和+1%，係數修正1%，流量計完（wán）全（quán）能保證（zhèng）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（cháng）理（lǐ）想。
5、結束語
由以上（shàng）研究可看出，在高壓泥漿中使用彎管流量計測量可達到較高的（de）計（jì）量精度，能為鑽（zuàn）井生產工藝的改進、鑽井生產效（xiào）率的提高提供有（yǒu）效的技術（shù）支持，拓寬（kuān）了彎管流量計在工業應用中的技（jì）術領域。
上一（yī）篇：工作麵注（zhù）漿（jiāng）及漏漿（jiāng）遠距離係統研究