俄罗斯钻井液密度传感器使用现状.pdf

第 2 6卷 第 1期 2 0 0 9年 1月 钻 井 液与 完 井液 DRI L LI NG FLUI D 8 乙COM PL ETI ON F LUI D Vo 1 ． 2 6 NO ． 1 J a n ．2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 1 0 0 8 7 0 2 俄罗斯钻井液密度传感器使用现状 李兴胜 杨 明清 金文磊 戴金菊 1 ． 胜利油 田地质 录井公 司 ， 山东东营 ；2 ． 胜利油 田胜 利采 油厂 ， 山东东 营 摘要 俄 罗斯钻 井液密度传 感器大致可 以分为压差 式、 重锤式、 钠云式 。到 目前为止 ， 后 2种 密度传感器 在 中 国的录井市场 上还 未出现过。逐 一介 绍 了每种传感器的原理 、 结构、 性能指标 、 使用方 法等 。对 国内录井行 业中钻 井液 密度传感器 的制造和使 用具有重要 的指导 意义 。 关键词 钻 井液； 密度传感器 ； 压差式 ； 重锤 式； 钠云 式 中图分类 号 T E 8 2 7 ． 3 文献标识码 A 在 钻井 、 综合 录井 施工 过程 中 ， 需 要 随时 掌握 钻 井液的密度 。在正常情况下 ， 由于从井 内返 出的钻 井液中含有岩屑 ， 所 以返 出的钻井液密度略大于泵 入井内的钻井液密度 。但是 当有流体侵入时， 返出 的钻井液密度减小； 钻人造浆地层时， 会引起钻井液 密度增加。因此 ， 监测钻井液密度 的变化是及时发 现井内异常情况 ， 防止井喷、 井漏等事故发生的重要 手 段 。 1 国内钻 井液密度传感器使 用现状 中国通 常使 用压 差式 钻井 液密 度传 感 器， 如 S K一 8 MO N N 1 ～4 系 列 钻 井 液 密 度 传 感 器 。密 度传感器由 2个压力感应元件和 1个电容感应元件 组 成 。电容 感应元 件 的作 用是 接受来 自 2个 压力 感 应元件的液压信号， 将压差转化成电容量， 进而转化 成 4 ～2 0 mA 的电流信 号_ 1 ] 。在正常工作 时， 密度 传感器垂直安装在钻井液中， 2个压力感应元件在 钻井液中的深度不 同。因为液体中的物体所受 的压 力与该物体所处的深度及液体的密度有关 ， 而 2个 压力感应元件之间的距离恒定 ， 因此其间的压差仅 与钻井液的密度有关 。当已知 2个压力感应元件间 的压差为 △ P时， 若其间距为△H， 则钻井液密度值 为 △ P ID一 式中 P为钻井液 密度 ， g ／ c m。 ；△ P为压力感应元 件间压差 ， P a ； △H 为压力感应元件 间距 ， m； g为重 力加 速度 ， m／ s 。 2 俄 罗斯 钻井液密度传 感器使 用现状 俄罗斯钻井 液密度传感 器大致可 以分为压差 式 、 重锤式 、 钠云式 3类 。到 目前为止 ， 后 2种 密度 传感器在中国的录井市场上还未出现过。 2 ． 1 压差式钻井液密度传感器 该钻井液密度传感器在俄罗斯非常普及 ， 是应 用最广泛的钻井液密度传感器 ， 如 K 3型钻井液 密度传感器 ， 见图 1 。图 1中 l 为压差式钻井 液密 度传感器， 2 是钻井液温度传感器 。该钻井液密度 传感 器测 量 范 围为 O ～2 ． 3 g ／ c m。 ， 电 源 电压 为 1 2 V， 信号输 出 1为 0 ～1 O V， 信 号输 出 2为 4 ～2 0 mA， 功率不大于 1 w ， 测量误差为 1 ， 环境温度为 一 4 0 6 5℃， 重量为 2 8 k g ， 传感器直径为 1 0 0 mm， 传感器高度为 2 7 5 6 mm。 图 1 俄罗斯压差式钻井 液密度传感器 2 ． 2 重锤式钻井液密度传感器 将重锤完全浸没在钻井液中， 重锤 的另一端绑 在变送器上 ， 将变送器固定在钻井液罐上 ， 重锤受 自 第一作者简介 李兴胜 ， 工程师， 1 9 7 5年 生， 1 9 9 8午毕业于石油高等专科 学校应用 电子技 术专业， 现在胜利 油 田地质 录井 公 司录井工艺研 究所工作。地址 山东 省东营市勘探 路 5 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 4 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 6 3 9 0 ； E - ma i l l x s s l o { ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 钻 井 液与 完 井液 2 0 0 9年 1月 身重力 ， 同时受到钻井液的浮力 ， 这 2个力的合力共 同作用在变送器上。根据阿基米德定律， 浸在液体 里的物体受到向上 的浮力作用 ， 浮力 的大小等于被 该物体排开的液体 的重力 。则作用于变送器上的力 如下所示。 F F重 一 F浮 一 lD 重 g 一 lD 浆 gv 式中 F、 F 重、 F 浮分别 为作用于变送器上 的力 、 重锤 的重力 、 重锤所受 的浮力， k P a ； 胆 、 P 浆分别为重 锤 和钻井液的密度， g ／ c m。 ； g为重力 加速度 ， m／ s ； V 为重锤的体积 m。 。 由该公式可 以看出 ， 重锤所受的重力是不变的， 浸在液体中的物体所受到的浮力只和物体的体积和 液体的密度有关 ， 而重锤的体积是不变的， 所 以作用 于重锤上力的变化只和钻井液 的密度有关 ， 重锤式 钻井液密度传感器 见 图 2 正是利用这一原理 。该 密度传感器测量范围为 0 ～2 ． 0 g ／ c m。 ， 电源电压为 1 2 V， 信号输出为 0 ～5 V， 测量误差为 0 ． 0 1 0 ． 0 1 Xg ／ c m。 ， 重 量 为 1 2 ． 2 k g ， 重 锤 尺 寸 为 2 0 0 mi D ． 1 1 0 mmX 1 0 5 mm， 整体 尺寸 为 2 0 0 mmX 1 1 0 m m 1 8 80 m m 图 2俄罗斯重锤式钻井液密度传感器 2 ． 3 钠云式钻井液密度传感器 钠云， 又 叫人造慧星 ， 它是 由处于原子状态下的 钠 蒸气形 成 的 。钠 云 的用 途 极 为 重 要 ， 用 照 相 和 光 电测量方法 ， 可以测得钠云的扩散过程， 从而计算出 周 围物 质的 密 度 。该 传 感 器 正是 利 用 这 一 原 理 ] ， 可 以用 于测 量人 口钻井 液密 度 ， 也 可 以测 量 出 口钻 井液密度 。安装时， 将该传感器接于钻井液的管线 中即可l 3 ] 。典型的钠云式钻井液密度传感器有无触 点式钠云钻井液密度传感器 图 3 和钠云钻井液密 度传感器 图 4 2种。2种传感器 的性 能指标完全 相同， 其测量范 围为 0 ． 6 ～2 ． 2 g ／ c m。 ， 电源 电压 为 2 2 0 V， 电源频率为 5 0 Hz ， 信号输出 1为 O ～5 V， 信 号输出 2为 4 ～2 0 mA， 功率不大于 1 0 w， 绝对误差 不大于 0 ． 0 1 5 g ／ c m。 ， 环境温度为一3 O ～5 O℃， 管道 直径 为 1 0 0 3 0 0 mm。 图 3 俄 罗斯钠 云式钻井 液密度传感 器 1 图 4 俄 罗斯钠 云式钻井液 密度 传感 器 2 3 结 束 语 多 了解俄罗斯综合 录井行业 的发展 ， 加强同俄 罗斯录井行业 的交流与合作 ， 关注俄罗斯生产 的综 合录井设备 ， 取长补短 ， 完善我们的综合 录井设备 ， 促进中国综合录井行业快速发展 ， 对 中国的录井设 备打人俄罗斯市场 ， 也有一定 的指导意义 。 参 考 文 献 [ 1 ] 李洪周 ， 蔡云军． 钻井 液密度传 感器 校准方 法探讨． 录 井工 程 ， 2 0 0 5 2 6 6 6 9 [ 2 ] 王炳奎 ， 李燮里．钠原子光 电流谱 和电子温度 、 电子密 度测量． 华东化工学 院学报． 1 9 9 0 1 0 5 9 4 5 9 7 [ 3 ] C e J I H B a H O B IO．A ．OT q e T n o p e 3 y J I b T a T a M r e o a o r o - Te X HOOF HgeC KHX H I e OXHMHqe CKHX c J I eⅡOBaHH B np o e c c e 5 yp e a №3 5 ⅡⅡ 0 uI a ⅡH Ca 3 a HK yp a K ．Ca Ma p a， 2 0 05 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 5 0 5 ； HGF 0 8 0 6 N4 ； 编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m