俄罗斯钻井液传感器使用现状.pdf

第 3 2卷第 6期 Vo 1 ． 3 2 NO ． 6 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆P R O D U C T I O N T E C HN O L O G Y 31 俄罗斯钻井液传感器使用现状 王 印 ， 杨明清 编 译 1山东科技大学地质科学与工程学院2胜利 油田地质 录井公 司 王印等．俄罗斯钻井液传感器使用现状． 钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 2 6 3 1 3 4 摘要介绍了当今俄罗斯钻井现场普遍使用的、 最具代表性的测量钻井液性能的传感器， 包括钻井液密度 传感器、 钻 井液温度传 感器、 钻 井液 电导率传感 器、 钻 井液液位传感 器。逐 一介绍 了每 种传 感器的原理 、 结 构、 性 能 指标、 使用方法等。与国内的传感器进行了比较， 找 出每种传感器的相同点和不同点， 找出值得借鉴和改进的地 方， 对国内石油行业中钻井液性能传感器的制造和使用具有重要的指导意义。 ／ 关键词钻井液； 传感器；密度；温度；电导率；液位 中图分类号 T E 9 2 7 文献标识码 A D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 7 6 8 X ． 2 0 0 9 ． 0 6 ． 0 0 9 钻井液是石油工业 的“ 血液” ， 具有携带和悬浮 岩屑、 稳定井壁、 平衡地层压力 、 冷却和润滑钻头钻 具、 传递水动力、 携带地下信息等重要功能。钻井液 性能的好坏对于钻井工程 、 保护油气层等具有 重要 意义⋯ 。在钻井现场 ， 往往在泥浆罐 内安装各种传 感器 ， 以便及时掌握钻井液的性能 。传感器性 能的 好坏 ， 直接影响到钻井液性能的测量精度。 石油是俄罗斯 的首要能源 ， 也是重要的出 口物 资。随着中国经济的迅速发展 ， 中国对石油 的需求 也 日益增加 。中俄两 国在石油领域互补性很 强 ， 加 之两国又是关系密 切的邻 国， 因而在发展石油合作 方面拥有 巨大潜力和诸多优势。中石化在 2 0 0 5年 已经和俄罗斯合作 ， 并 成立 了 S i n o p e c S e r v i c e股份 有限公司， 主要从事大陆架油气 田的钻探和出租专 业石油勘探 、 开发、 集输设备 。因此 ， 了解 当今俄罗 斯石油行业的发展 ， 具有重要的意义。 一 、俄罗斯钻井液传感器使用现状 1 ． 钻井液密度传感器 俄罗斯钻井现场常用的钻井液密度传感器大致 可以分为三类 ， 分别为压差式钻井液密度传感器 、 重 锤式钻井液密度传感 器、 无触点放射元素式钻井液 密度传感器 。 1 ． 1压差式钻 井液密度传感器 同国内一样 ， 该类型 的传感器在俄罗斯 也非常 普及， 是应用最广泛的钻井液密度传感器。如俄罗 斯萨拉托夫市 的“ 地质仪器仪表有 限责任公 司” 生 产的压差式钻井液密度传感器 图 1 ， 它的技术性 能见表 1 。 圈1 俄罗斯压差式钻井液密度传感器 表 1 俄罗斯压差式钻井液密度传感器技术性能 测量范围 g ／ c m O ． 8～ 2 ． 5 电源 电压 V 1 2 信号输出 1 V 0～l 0 信号输出 2 m A 4～ 2 0 功率 w ≤1 电流 mA ≤4 0 绝对测量误差 g ／ c m 0 ． O 2 环 境温度 ℃ 4 0～ 6 5 最小浸没深度 mm 5 0 0 收稿 日期 2 0 0 81 22 0 ；修回 日期 2 0 0 90 6 2 8 作者简介王印， 高级工程师， 山东科技大学矿产普查与勘探专业在读博士研究生， 现在胜利地质录井公司从事录井技术研究与管理工 作。地址 2 5 7 0 6 4 山东省东营市乐园路 1号 ， 电话 0 5 4 68 7 2 0 2 0 7 ， Ema i l w a n g y i n s l o f ． a o l n 3 2 钻 采 工 艺 DRI L LI NG ＆ PRODUCT 1 0N TEC HN0L 0GY 2 0 0 9年 1 1月 N O V ．2 0 o 9 1 ． 2重锤式钻井液密度传感器 位于俄罗 斯乌法 市 的“ 地球 物 理股份 有 限公 司” 生产一种重锤式钻井液密度传感器 图2 ， 技术 性能见表 2 。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 ， 根据“ 阿基米德定律 ” ， 重锤受到钻井液 的浮力 ， 其 大小只和重锤体积及被测液体密度有关 ， 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 ， 根据这一原理 ， 就可以测出钻井液 的密度。 图2 俄罗斯重锤式钻井液密度传感器 表 2 俄罗斯重锤式钻井液密度传感器技术性能 测量范围 g ／ c m 0～ 2 ． O 电源 电压 V 1 2 信号输出 V 0～ 5 莉量误差 g ／ a m ．4 - f 0 ． O 1 0 ． O l X 重量 k g 1 2 ． 2 重锤尺寸 mm 2 o 01 1 01 0 5 整体尺寸 mm 2 o 01 1 01 8 8 0 1 ． 3无触点放射元素式钻井液密度传感器 该传感器采用钠 一 2 2或氯化钾作为放射源 ， 所 释放出的伽马射线经过不同密度的钻井液会产生不 同程度的衰减 ， 测量 出伽马射线的强度 ， 就可 以得 出 钻井液的密度。如特维尔市“ 地质领域专家” 有限 责任公司生产 的无触点放射元素式钻井液密度传感 器 图 3 ， 技术技能见表 3 ， 该放射 源已经通过 了俄 罗 斯 放 射 安 全 标 准 H O p M p a H a I I H O H H O f f 6 e 3 o I I a C H O C T H HP B一9 9和放射性安 全保 障总则 OC H O B H b l X C a H H T a p H B I X n p a B r t a o 6 e c H e q e H H fl p a A H a H O H H O fl 6 e 3 o I I a C H O C T H O C HOP B一 9 9 。 2 ． 钻井液温度传感器 钻井液 温度传感器用来测量人 口、 出口钻井液 的温度 ， 根据钻井液温度 的变化可以判断井下侵入 流体的性质及地层压力变化情况。俄罗斯的钻井液 温度传感器一般采用热敏电阻式传感器， 最常用的 是铂电阻式钻井液温度传感器 ， 铂 电阻的特点是精 度高、 稳定性好 ， 在温度不太高时 0 一 6 3 0 ． 7 4 ℃ ， 其阻值 与温度呈较好 的线性关系 J 。俄 罗斯 典型 的钻井液温度传感器有 ①莫斯科 的“ 联合能源服 务集团公司” 生产的钻井液温度传感器 图4 ， 技术 性能见表 4 ； ②乌法市的“ 地球物理股份有限公司” 生产的钻井液温度传感器 ； ③萨马拉市 “ 地质服务 公司” 生产的钻井液温度传感器 。除了尺寸和重量 外， 其它温度传感器技术性能和“ 联合能源服务集 团公司”生产的钻井液温度传感器相同。 图3 俄罗斯无触点放射元素式钻井液密度传感器 表 3 俄罗斯无触点放射元素式钻井液密度传感器技术性能 测量 范围 g ／ c m 0 ． 6～2 ． 2 绝对误差 g ／ a m ≤0 ． 0 1 5 信号输出 m A 4～ 2 O 电源电压 V 2 3 0 电源频率 H z 5 0 预热 时间 m i n 3 0 功率 w ≤1 O 环境温度 ℃ 一 3 0～ 5 O 整体尺寸 m m 7 3 0 4 0 0 2 l 0 重量 k g ≤2 8 ． 5 表 4 俄罗斯钻井液温度传感器技术性能 测量 范围 ℃ 01 0 0 绝对误差 ℃ 0 ． 4 信号输出 1 mA 4～ 2 0 信号输出2 V 0 1 0 电源 电压 V 1 2 电源频率 Hz 5 0 功率 w 0 ． 4 环境温度 ℃ ． 4 0一J - 6 5 长度 ， 直径 m m 6 1 0 ， 6 0 重量 k g ≤3 ． 0 第 3 2卷第 6期 V0 1 ． 3 2 No ． 6 钻 采 工 艺 DR I L L I N G＆ P R 0 DU C T I O N T E C HN O L OG Y 3 3 3 ． 钻井液 电导率传感器 俄罗斯生产 的钻井液电导率传感器通常由两个 线圈组成 ， 每个线圈就是一个感应元件 ， 一个称为初 级线圈， 一个称为次级线 圈。给初期线 圈提供一个 交变电流驱动信号， 在其周 围产生一个交变电磁场 ， 交变电磁场通过钻井液 ， 在次级线圈中感应出电流 ， 电流 的大小取决于钻井液的电导率。传感器还安装 了温度补偿元件 ， 将不 同温度下测量的钻井液 的电 导率转换成某一温度下的电导率值 。俄罗斯典型的 钻井液电导率传感器有 ①乌法市的“ 地球物理股 份有限公司” 生产的钻井液电导率传感器 图5 ， 技 术 性能见表 5 ； ②萨拉托夫市的“ 地质仪器仪表 有 限责任公司” 生产 的钻井液 电导率传感 器 ， 其测量 范围为 0 ． 3～3 0 mC ／ m， 绝对误差为 0 ． 1 mC ／ m， 其 它技术性能与乌法市的“ 地球物理股份有 限公 司” 生产的钻井液 电导率传感 器相 同。③萨 马拉 市 的 “ 地质服务公 司” 生产的钻井液 电导率传感器 。除 了尺寸和重量外， 其它钻井液电导率传感器技术性 能与乌法市 的“ 地球 物理股 份有 限公 司” 生产 的钻 井液 电导率传感器相同 j 。 图4 俄罗斯钻井液温度传感器 4 ． 1浮子式钻井液液位传感器 该类传感器分为两类 ， 一类为滑动电阻式 ， 它是 通过随钻井液液面而升降 的浮子 ， 带动导杆内部滑 动探头， 改变滑动变阻器的阻值， 从而测量钻井液液 面位置 。目前 ， 该类传感器在俄罗斯应用最为广泛 ， 外形也五花八 门， 但性能指标都差不多 ， 如莫斯科的 “ 光环” 设计公 司生产的钻井液液位传感器 图 6 ， 技 术性能见表 6 。另一类为多圈电位计式 ， 它是通过 随钻井液液面而升降的浮子 ， 直接改变多圈电位计 的电阻值 ， 从 而测量钻井液液面位置 。如特维尔市 “ 地质领域专家” 有限责任公司生产的钻井液液位 传感器。 图5 俄罗斯钻井液电导率传感器 表 5俄罗斯钻 井液电导率传感器技术性能 1 t l 6 俄罗斯滑 动电阻式钻井液液位传感器 测量范围 m C ／ m 0 ． 1～l 0 绝对 误差 m C ／ m [ 0 ． 0 5 0 ． 0 2 5 0 ／ X一1 ] 信号输出 V 0～5 电源电压 V 1 2 电源频率 H z 5 0 环境 温度 ℃ 4 0 。 ． 6 0 外形尺寸 m m 1 5 01 1 0 5 2 0 重量 3 ． 0 4 ． 钻井液液位传感器 俄罗斯钻井液液位传感器分为两大类 ， 一类 为 浮子式 ； 另一类为超声波式。 表6 俄罗斯滑动电阻式钻井液液位传感器技术性能 测量 范围 1 m O 2 ． 0 测量范 围 2 m 0～ 4 ． 0 绝对误差 m O ． 5 ％ 信号输出 V 0 ～ 4 环境温度 ℃ 4 0一十 6 0 外形尺寸 mm 2 0 0 X 2 0 01 5 0 浮子直径 mm 2 5 重量 k g 8 ． O 3 4 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ P R0DUC T1 0N TE CHN0L 0GY 2 0 0 9年 1 1 月 NO V ．2 0 9 4 ． 2超声波式钻井液液位传感器 该传感器是根据超声波测距原理进行钻井液液 位检测的。超声波发射器向某一方 向发射超声波 ， 在发射时刻的同时开始计时， 超声波在空气 中传播 ， 途中碰到障碍物就立即返 回来 ， 超声波接收器 收到 反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速 度为 3 4 0 m ／ s ， 根据计时器记 录的时间 t ， 就可 以计 算 出发射点距障碍物 的距离 s ， 即 s 3 4 0 t ／ 2 。萨马 拉市的“ 地质服务公司” 生产 的超声波式钻井液液 位传感器 图 7 和斯摩棱斯克市 仪器仪表 有 限 责任公司生产的超声波式钻井液液位传感器 ， 两种 传感器性能指标相同 表 7 。 图7 俄罗斯超声波式钻井液液位传感器 表 7 俄 罗斯超声波式钻井液液位传感器技术性能 测量范 围 3 m 0 ． 2～ 3 ． O 绝对误差 m m ≤2 电源电压 v 1 2 电源频率 H z 5 O 信号输出 m A 4～ 2 0 环境温度 ℃ ． ． 4 0～J - 6 0 外形尺寸 mm 3 0 0 1 0 0 l o 0 重量’ k g 2 ． 6 ● 、 与 国内传感器 的比较 t ． 钻 井液密度传感器 国内钻井现场主要采用压差式密度传感器 ， 和 国内相 比， 俄罗斯钻井液密度传感器丰富得多。到 目前为止 还未发现重锤式钻井液密度传感器和无 触点放射元素式钻井液密度传感器在国内的钻井现 场 出现过。这是值得考虑和借鉴的地方 。 2 。 钻井液温度、 电导率传感器 和国内相 比， 俄罗斯 的钻井液温度 、 电导率传感 器在外形上有较大 的差异， 性能指标也不完全一样 ， 但其检测原理， 适用范围并无大的差别。 3 ． 钻井液液位传感器 和 国内相 比， 俄罗斯 的钻井液液位传感器在种 类上没有大的区别 ， 所不同的是 在 国内， 浮子式钻 井液液位传感器 由于精 确度低、 易损坏 、 不利于使 用 、 维护 、 保养而基本被淘汰， 取而代之的是超声波 式钻井液液位传感器； 而在俄罗斯， 浮子式钻井液液 位传感器还在广泛应用 ， 是 当今石油勘探开发市场 的主流。这一点我们要优于他们。 另外 ， 和国内相比， 俄罗斯生产和使用的传感器 还具有以下几个特点 ① 由于不是 同一厂家生产 ， 传 感器所使用的电源 和产生的信号不统一， 如产生的 信号有 0～ 4 V、 0～ 5 V、 01 0 V、 4 2 0 m A等几种 ， 这样传感器和其配套设备就不 匹配 、 需要改造之后 才能使用 ； ②俄罗斯生产和使用的传感器一般体积、 重量较大， 不够轻便 ； ③受 自然条件影响的缘故 ， 俄 罗斯生产和使用的传感器所适应 的温度范 围较大 ， 一 般为 一 4 0 ℃ 一十 6 0 ℃。 三 、 结束 语 一 、 ； 日 不 口 随着 国内石油工程方面与俄罗斯合作的 日益增 多 ， 钻井工程与俄罗斯合作 的机会也将 越来 越多。 应该多了解俄罗斯石油行业 的发展 ， 加强同俄罗斯 的交流与合作， 关注俄罗斯生产和使用的相关设备， 取长补短 ， 完善我们的设备 ， 促进我们石油行业快速 发展 。同时 ， 对 国内的石油设备打人俄罗斯市场 ， 有 一 定 的指导意义。 参考文献 [ 1 ] 陈庭根， 管志川． 钻井工程理论与技术[ M] ． 中国石油 大学 出版社 ， 2 0 0 0 1 0 0 1 0 2 ． [ 2 ] 李兴胜， 杨明清， 等． 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 t 4 1 4 2． [ 3 ] 张殿强， 李联玮． 地质录井方法与技术 [ M] ． 北京 石油 工业 出版社． 2 0 0 1 1 0 7 1 1 1 ． [ 4 ] A X M e T I I I H H P ． M． ， f I y I y M a H O B M． r ． ．B b I C O K O t B C T B H T e Ⅱb Hb I贽Ⅱa T HK 3 n e K T p On pOB O HOC T H 6 y poB o r o p a c r B o pa ． Ka p o T a K H H， 2 0 0 3 ．B un 1 1 11 i 2 编辑 黄晓川 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载