影響固井水泥車混漿自控系統(tǒng)密度檢測精度的因素分析

舒彤 趙清軍(大慶油田鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶163358)

影響固井水泥車混漿自控系統(tǒng)密度檢測精度的因素分析

舒彤 趙清軍(大慶油田鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶163358)

固井水泥車是完成固井施工的核心設(shè)備，設(shè)備的使用及混漿密度的檢測與控制直接影響的混漿質(zhì)量和水泥漿凝固后的膠結(jié)質(zhì)量?；鞚{系統(tǒng)密度傳感器采用科氏力質(zhì)量流量計實現(xiàn)水泥漿密度的檢測，由于使用環(huán)境的影響，對水泥漿密度檢測精度產(chǎn)生一定的誤差。本文就科氏力質(zhì)量流量計應(yīng)用于固井水泥車混漿系統(tǒng)檢測水泥漿密度精度的影響因素進行分析，探討提高檢測精度的途徑。

科氏力質(zhì)量流量計；固井車密度檢測；影響因素；消減措施

1 科氏力質(zhì)量流量計檢測流體密度的原理

科氏力質(zhì)量流量計是根據(jù)科里奧利力原理制造的一種新型的在線直接測量封閉管道內(nèi)流體質(zhì)量流量的測量儀表，其結(jié)構(gòu)一般由信號測量傳感器和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成。

工作原理是測量管連續(xù)地以一定的振動頻率進行振動，振動頻率隨流體的密度變化而變化，因此振動頻率是流體密度的函數(shù)，通過測量振動頻率即可獲得流體的密度。

流體密度與流量管的振動頻率周期有如下數(shù)學(xué)關(guān)系表達式：

2 固井水泥車混漿系統(tǒng)在線密度檢測

隨著技術(shù)的進步，監(jiān)測系統(tǒng)的不斷發(fā)展與成熟，固井水泥車已逐步推廣應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)，提高了水泥車的自動監(jiān)控程度。

混漿罐內(nèi)水泥漿通過灌注泵出口進行三路分流，一路進行混漿二次循環(huán)為混合器提供動能，另一路流經(jīng)科氏力質(zhì)量流量計進行在線密度檢測，再一路通過三缸柱塞泵吸入管路由柱塞泵排出。

固井水泥車所應(yīng)用的科氏力質(zhì)量流量計在線檢測水泥漿密度的工作過程：驅(qū)動線圈產(chǎn)生一個固有的振蕩頻率，驅(qū)動流量管產(chǎn)生同步振動，檢測線圈檢測流體流經(jīng)流量管時的振動頻率的變化，由此測定流經(jīng)流量管的流體密度。

流量管以固有的頻率在相反的方向振動，當(dāng)流體的密度變化時，將引起流體的質(zhì)量流速的變化，探測器輸出的電壓信號頻率也發(fā)生變化，通過測量探測器的信號頻率就可以決定流量管中流體的密度，計算公式如下：

式中ρ—流體的密度，g/cm3；

f—流量管的頻率，Hz；

k1，k2—標(biāo)定常數(shù)。

密度ρ的標(biāo)定常數(shù)k1，k2是在出廠時已經(jīng)標(biāo)定完成的，所以流體密度ρ只與流體流經(jīng)流量管時管的的振動頻率有關(guān)，隨著流體密度升高，流量管的振動頻率也相應(yīng)降低。

3 影響科氏力質(zhì)量流量計檢測水泥漿密度的因素

科氏力質(zhì)量流量計是當(dāng)前一種較好的在線流量測量儀表，但是使用環(huán)境對其檢測精度的影響比較大，對于磁場、振動、流體壓力、流量的變化都比較敏感，固井施工作業(yè)又是一個復(fù)雜的環(huán)境，因此，現(xiàn)場應(yīng)用過程中存在流體測量密度偏差過大的現(xiàn)象，很難實現(xiàn)自動混漿控制的使用。

固井施工現(xiàn)場對科氏力質(zhì)量流量計影響因素主要體現(xiàn)以下方面：

（1）振動影響：設(shè)備運行過程中產(chǎn)生很大的振動，比如：發(fā)動機、變速器、傳動軸、三缸柱塞泵等。

（2）流體脈動影響：三缸柱塞泵在泵送過程中在吸入管路內(nèi)使流體產(chǎn)生一定的脈動頻率，干擾流量管的振動頻率。

（3）電磁影響：施工現(xiàn)場存在高壓線路、電磁設(shè)備，比如：井隊的高壓電器、大功率電動機、發(fā)電機等。

（4）溫度影響：環(huán)境溫度、流體溫度的影響，比如：冬季施工環(huán)境溫度較低，而使用的流體溫度又較高，形成較大的溫差。

（5）流量影響：流過流量管的流體流量的不穩(wěn)定，引起管內(nèi)流體的流動阻力發(fā)生變化。

（6）壓力影響：流過流量管的流體壓力的不穩(wěn)定，引起流量管振動頻率發(fā)生變化。

（7）多相流影響：流過流量管的流體內(nèi)含有氣體，氣液兩相的結(jié)合緩沖了流量管的振動，要求驅(qū)動線路輸出更多的能量來保持流量管的振動。由于傳感器本身安全的限制，供給驅(qū)動管的電流大小也受到限制。一旦儀表發(fā)生了這種現(xiàn)象，儀表將無法測量。

（8）安裝影響：進口安裝長度的不合理，安裝方法不對、儀器懸空無固定等對檢測產(chǎn)生干擾；

（9）標(biāo)定影響：標(biāo)定方法、溫度、介質(zhì)、環(huán)境等影響檢測精度。

4 抑制固井水泥車科氏力質(zhì)量流量計影響水泥漿密度檢測因素的措施

結(jié)合固井水泥車現(xiàn)場應(yīng)用的情況，將影響因素歸結(jié)如下：

（1）采取電磁屏蔽措施對現(xiàn)場電磁進行屏蔽，消除電磁的干擾，施工車輛遠離配電柜、高壓線等電磁場所。

（2）對流量管的入口加裝流體脈動緩沖裝置，消除三缸柱塞泵工作過程中產(chǎn)生的脈動干擾；

（3）控制流經(jīng)流量管的流體的流量，消除紊流狀態(tài)所產(chǎn)生雙相流的干擾。

（4）施工過程中保持三缸柱塞泵的工作穩(wěn)定性，保持流體流量的恒定。

（5）密度的校準(zhǔn)應(yīng)該在固井水泥車完全工作的狀態(tài)下采用工作介質(zhì)進行校準(zhǔn)，消除介質(zhì)不同和溫度的影響。

（6）施工完成及時清洗流量管，定期清除管壁膠結(jié)物。

（7）施工過程中抑制混漿過程水泥漿的發(fā)泡現(xiàn)象的發(fā)生。

通過上述措施，可以極大消除影響水泥漿密度的檢測精度的干擾因素，提高對水泥漿密度的檢測精度，使水泥車的自控系統(tǒng)有效的發(fā)揮，提高混漿質(zhì)量。

[1]紀(jì)綱.流量測量儀表應(yīng)用技巧.化學(xué)工業(yè)出版社.2009年7月.

[2]王曉梅，馬桂榮，楊鐵嶺.Micro Motion質(zhì)量流量計故障的排除方法.《工業(yè)計量》–2005.

舒彤（1974-），男，漢族，大慶鉆探鉆技一公司，工程師，本科學(xué)歷，石油鉆井與完井工程。