钻井液密度在线测量装置的研制.pdf

2 0 1 3年 第 2 7卷 第 2期 王忠杰等 钻井液密度在线测量装置的研制 3 5 琐，并要对放射源进行严格管理与检查 ，故这类密度 计在钻井现场应用有一定的局限性 ； 称重测量法虽然 从原理上讲 ，可以用于流体密度的现场测量 ，但是 ， 重量传感器一般不抗振动， 所 以不适应钻井液密度的 在线测量 ； 振动管密度传感器相关产 品具有较高的可靠性 、 高精度 以及长使 用寿命 ， 适合用于现场测量钻井液密 度[ 2 l 。 3 振动管密度计的测量管类型选择 振动管式密度计适合于钻井液密度在线测量 ， 测 量管类型的选择是技术关键 。 测量管有各种不同的形 状 、 管段数量和连接方式以及按测量管流动方向和工 艺管道流动方向布置方式 。 从流体介质方面考虑 ， 钻井液是一种含有大量泥 沙的悬浮液 ， 选择测量管时应充分考虑到磨蚀和堵塞 问题 。 测量含有少量固体的悬浮液时，各种类型测量 管都有较高的可靠性 。当固体含量增加 ，固体具有强 磨蚀性 或者软固体 如钻井液 ，就应按流体的特点 选用合适类型测量管 。含有固体较多或含有软固体 ， 应避免选用测量管内径比公称管径小得多的仪表 ， 防 止堵塞 。最好选用单管型或双管型中的串联型，因为 如用双管型中的并联型， 分流器上粘附杂物导致改变 二路分流量 ，产生误差 ，因此亦不宜选用双管并联 型， 最好采用单直管形状测量管管壁较厚的振动管式 密度计 。因为测量管形状复杂 ，易产生管壁磨蚀不均 匀，影响测量结果 从钻井现场的环境考虑 ， 钻井液现场振动干扰较 多，最好选用双管型测量管 ，实现相位差的测量，降 低外界振动干扰 的敏感性 。 从这两个方面考虑 ， 必须兼顾流体介质和钻井现 场环境两个方面 ， 测量管类型最好选择双管串联型振 动管 。 中我们采用螺杆泵以一定的流量把钻井液泵人密度 计 。加上阻尼器和背压阀组合 ， 可以减小流体的压力 波动及对振动管的冲击 。 3 钻井液密度在线测量装置 把振动管式密度 计 安装在防震底座上 ，用高压软管将螺杆泵、阻尼 器 、背压 阀等连接 ，如图 1 所示的钻井液密度在线测 量装置。 螺 图 1 钻井液密度在线测量装置示意图 5 钻井液密度在线测量装置的性能测试 1 钻井液密度在线测量装置的精密度 用钠基膨润土配制 1 ．0 3 ed c r n 的钻井液，使用研 制的钻井液密度在线测量装置循环测试该钻井液的密 度 。实验共测量 7 6 9 5个点 ，密度统计平均值 1 ．0 3 0 c m ，标准偏差 0 ．0 0 3 1 。 2 钻井液密度在线测量装置的准确度 为了测定这种测量装置的准确性 ， 试验中不断变 化钻井液密度 ， 记录钻井液密度在线测量装置一段时 间的平均值 ， 并与 A P I 规定的钻井液密度测量方法的 测量结果进行比较 。结果见表 1 表 1 钻井液在线密度测量装置与 泥浆密度计测量密度结果对比 4 钻井液密度在线测量装置的研制 6 现场试验 1 减震底座振动管式钻井液密度计是通过测 量振动频率来测量流体密度的， 尽管我们选择了串联 双管型测量管，但是 ，外界振 动依 然会影响测量结 果 。所以我们设计了减震底座 如图 1所示 ，可有 效提高钻井液 密度计的测量精 度。减震底座 由石棉 层、铸铁台、橡胶层等组成 ，铸铁台安装在两层钢板 夹一层石棉的石棉层上， 振动管密度计安装在铸铁台 上并用橡胶层隔开。 2 钻井液取样泵和脉动阻尼器 为了减少流体 流量对振动管密度计的测量精度的影响， 在这套装置 钻井液密度在线测量装置样机于 2 0 1 1 年 4月 7日 至 1 5日在 3 0 8 6 1 井队施工的孤东 7 3 3 一 斜更 1 2 6井进 行了现场实验 。 实验过程中， 从钻井液振动筛以后的钻井液槽内 取样 ， 连续在线测试钻井液的密度值 ， 并与用 AP I 规 定的方法进行测定对 比，测量结果如图 2所示 。 从图 2可以看出 ， 钻井液在线测量密度与手动测 量密度结果基本一致 ，误差不大于 0 ． 0 1 g ／ c m ；钻井 下转 第3 8页 3 8 石油仪器 P E T R oL E U M I NS T R U ME NI S 2 0 1 3年 4月 安装过滤器 ， 且在投运操作上也有很高的要求，这导 致涡轮流量计 的后期维护量增加 。 天然气计量表简明 对 比见表 1 。 表 1 天然气计量表简明对比表 孔板流量计 涡街流量计 质量流量计 超声波流量计 准确度 1 ；0 ． 5 1 ；0 ．5 0 ．5 ；0 ． 2 1 ；0 ． 5 压力损失 较大 较小 小 无 维护强度 较高 较高 较低 小 直管段上游 3 0 D 2 0 D 无 2 0 D 长度要 求 下游 7 D 5 D 无 1 0 D 根据 G B1 7 1 6 7 2 0 0 7国家标准 用能单位能源计 量器具配备与管理通则 的规定，天然气计量仪表精 度为 0 ． 5级即可满足计量要求 。加之天然气密度小 ， 相同流速下，质量流量比液体要小得多 ， 检测到的由 科氏力产生的相位差也小得多，为保证测量准确度， 应选取在测量质量相同时能产生形变较大的质量流量 计结构 。 由于 U形测量管质量流量计在相同大小的科 氏力作用下 ，测量径向距离越长的结构其形变越大， 在最大流量下 ， u形测量管测得的相位差可达到直管 测量管的 5倍，所以，测量天然气时 ，应优先选用 U 形测量管质量流量计 。 质量流量计的安装需要注意事项如下 机械安装应注意以下几个问题 1 流量传感器应安装在一个坚固的基础上。内 径小于 1 0 mm的小 口径质量流量计安装在平衡坚硬和 无振动的底面上 ， 如墙面 、地面或专门的基础。如果 在高振动环境使用， 应注意对基础的振动吸收，而且 传感器进出口与管道之间应用柔性管道连接 ； 较大口 径的流量计直接安装在工艺管道上 ， 应用管卡和支撑 物将流量计牢牢地固定 2 为防止 C MF间的相互影响，在多台流量计 串联或并联使用时 ， 各流量传感器之间的距离应足够 远 ，管卡和支撑物应分别设置在各自独立基础上。 3 为保证使用时流量传感器内不会存积气体或 液体残值 ，对于弯管型流量计，测量液体 ，弯管应朝 下 ，测量气体时，弯管应朝上 。测量浆液或排放液 时，应将传感器安装在垂直管道 ，流向由下而上 。 连 接传感器和工艺管道时， 一定要做到无应力安装以免 造成信号衰减 ， 特别对某些直管型测量管的流量传感 器更应注意 。 5 结论 虽然在近几年超声波流量计以其测量精度高、 量 程比大等优势得到了迅速发展 ， 但科里奥利质量流量 计凭借其自身的优点， 在成品油贸易计量等方面被广 泛应用，尤其对于测量小 口径 、脏污天然气等方面有 着其他计量表不可 比拟的优势。 参 考 文 献 [ 1 】胡子伯． 科里奥利质量流量计的应用及性能评定 [ J ] _ 计量 与测试技术，2 0 0 1 ，2 8 4 [ 2 ]厉玉鸣． 化工仪表及 自动化 【 M】 ． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 9 【 3 ]仇梁． 科里奥利质量流量计的性能评定 ． 世界仪表与 自动化，1 9 9 8 ，1 1 [ 4 ]鲁轲． 影响科里奥利质量流量计测量准确度的因素 [ J J ． 河南化工，2 0 0 2 ，2 8 5 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 - 2 6 编辑 梁保 江 上接 第 3 5页 液的密度变化均能实时显示 ，连续记录，满足钻井液 密度在线测量的需要。 1 ． 6 0 1 ．4 0 目 1 ．2 O 蟛 御 1 ．0 0 0． 8 O1 ． L【 一 {． ． L _ Li ． 2 l lLI． ． L - ． L ． 1 1 2 1 0 0 0 1 2 2 5 0 0 1 2 4 0 0 0 1 2 5 5 0 0 时间 5 0．0 4 0 ． 0 3 0 ．0 巴 2 0 ．o N L J i i ，_L _ J 1 0 ． 0 l 3 1 0 0 0 1 3 25 0 0 图2 孤东7 3 3 - 斜更 1 2 6井钻井液密度在线测量结果 7 研 究结论 通过仪器性能的检验实验 ， 我们认为所研制的钻 井液密度在线测量装置具有以下特点 1 测量范围大，0 ． 2 0 g ／ c m。 ～ 3 ． 5 0 g ／ c m ； 2 精密度高，标准偏差小于等于 0 ． 0 0 3 l ； 3 准确度好，与 A P I 规定的钻井液密度计相比 误差 不大 于 0 ． 0 1 g ／ c m ； 4 钻井液的密度变化均能实时显示 ， 连续记录 ， 满足钻井液密度在线测量的需要 。 参 考 文 献 【 1 ]李兴胜． 俄罗斯钻井液密度传感器使用现状 [ J ] ． 钻井液与 完井液，2 0 0 9 ，2 6 1 【 2 ]李兴华． 在线密度计振动管式流体密度计 [ J ] ． 现代计 量测试，1 9 9 7 ，5 5 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 3 编辑 梁保江