[摘要]目前判斷井涌井漏的方法有多種。通常由于出口流量計(jì)精度低，只能采用間接的體積增量關(guān)井報(bào)警的方法。這種方法反應(yīng)速度慢，預(yù)報(bào)效果不好。本文采用直接探測(cè)出口流量的流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)回流管的非滿管計(jì)量在不同工況下，實(shí)現(xiàn)出口.流量變化的早期井涌預(yù)報(bào)和體積增量的關(guān)井報(bào)警功能，并對(duì)各種流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了比較，最終選擇了報(bào)警及時(shí)精度高的多普勒超聲波流量計(jì)作為最佳井涌井漏預(yù)報(bào)的計(jì)量儀器.
在油氣鉆井過程中，井下情況的判斷及處理是油氣鉆井的重要研究方向。井下情況是一個(gè)復(fù)雜的體系。各種各樣的因素導(dǎo)致各種形式的事故發(fā)生，井涌和井漏是油氣鉆井過程中出現(xiàn)的普遍現(xiàn)象"。特別是出口流量的判定是井涌井漏判斷的關(guān)鍵。它比用泥漿池體積的變化來判定井涌井漏要先進(jìn)、精確得多，能及時(shí)地判定井涌井漏。但測(cè)量回流管里面的回流流量有其難點(diǎn)。因?yàn)槟酀{泵及其它電機(jī)的震動(dòng)引起回流泥漿波動(dòng)大，同時(shí)還有泥漿的粘度和密度的影響。這三個(gè)因素導(dǎo)致流量測(cè)量的精度下降。
以往井涌井漏的發(fā)現(xiàn)和判斷方法有坐崗制、液面監(jiān)測(cè)儀和錄井體積測(cè)量儀等1。這些方法的特點(diǎn)，都是間接觀察體積增量，不是測(cè)量出口流量的方法，因此這些測(cè)量方法不精確、不及時(shí)。近期國內(nèi)外先進(jìn)的方法是先對(duì)流量增量進(jìn)行預(yù)報(bào)，然后對(duì)體積增量進(jìn)行預(yù)報(bào)。當(dāng)流量預(yù)報(bào)時(shí)，流量增量超過門限值時(shí)，發(fā)出提示報(bào)警信號(hào)，同時(shí)轉(zhuǎn)為體積增量預(yù)報(bào)，當(dāng)體積增量超過井控規(guī)定時(shí)，發(fā)出關(guān)井信號(hào)。這類方法較精確，但不及時(shí)，不能迅速判定井涌井漏。目前較好的方法是在回流管中采取直接接觸的流量測(cè)量。但是，由于泥漿的粘度和密度導(dǎo)致測(cè)量精度低，流量增量預(yù)報(bào)不準(zhǔn)，同時(shí)由于泥漿罐液面波動(dòng)大，超聲液位測(cè)量甩點(diǎn)過多，造成體積增量測(cè)量反應(yīng)較慢。到目前為止，判斷井涌井漏的方法有多種。但由于受到測(cè)量儀器和工藝方法的限制，都不同程度存在著不及時(shí)、不精確的問題。
本文通過判定井涌井漏的關(guān)鍵，根據(jù)各種流量計(jì)測(cè)量出口流量的試驗(yàn)方法。在眾多的流量計(jì)中找出最適合于井場(chǎng)鉆井的各種工況下保持井涌井漏預(yù)報(bào)系統(tǒng)靈敏可靠性的流量計(jì)。流量計(jì)分別有靶式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波時(shí)差法、質(zhì)量流量計(jì)、多普勒流量計(jì)五種。對(duì)這五種流量計(jì)進(jìn)行原理分析和試驗(yàn)比較，找出最適合于井涌井漏預(yù)報(bào)系統(tǒng)的流量計(jì)。
1靶式流量計(jì)
1.1工作原理
當(dāng)介質(zhì)在測(cè)量管中流動(dòng)時(shí)，因其自身的動(dòng)能與靶板產(chǎn)生壓差，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)靶板的作用力，產(chǎn)生與流量在靶板上作用力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，由于流體流量特征的影響，流量與電橋產(chǎn)生的電壓的平方成正比。
1.2基本圖示見圖1。
1.3優(yōu)點(diǎn):(1)可用于泥漿介質(zhì)。(2)結(jié)構(gòu)較簡單。(3)靈敏度較高。
1.4缺點(diǎn):
(1)不能震動(dòng)。若發(fā)生震動(dòng)，即使沒流量也有顯示。
(2)不能承受太大的壓差。而在井場(chǎng)中入口立管肯定有震動(dòng)，且立管的壓力一般情況下達(dá)到15Mpa。
因此，靶式流量計(jì)不能入選。
2電磁流量計(jì)
2.1工作原理
電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律:導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，測(cè)量流量時(shí)，感應(yīng)出的電壓通過二個(gè)或二個(gè)以上與液體直接接觸的電極檢出，并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，然后在LCD顯示或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA和0一1kHz輸出。
2.2基本圖示見圖2。
2.3優(yōu)點(diǎn):
(1)管道內(nèi)無可動(dòng)部件，無阻流部件，測(cè)量中幾乎沒有附加壓力損失。
(2)測(cè)量結(jié)果與流速分布、流體壓力、溫度、密度、粘度等物理參數(shù)無關(guān)。
(3)現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)用戶實(shí)際需要在線修改量程。
2.4缺點(diǎn):
電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)是陶瓷、橡膠等物，使用一段時(shí)間后由于泥漿沖刷導(dǎo)電體磨損，精度明顯下降。需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較。
3質(zhì)量流量計(jì)
3.1工作原理
根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律F=ma,測(cè)量管扭曲量的大小與流經(jīng)測(cè)量管的質(zhì)量流量的大小成正比。當(dāng)流體流過測(cè)量管時(shí)，流體就會(huì)受到科里奧力的作用，測(cè)量管里流體所受科里奧力的反作用，產(chǎn)生進(jìn)口和出口的相位差，再把該相位差轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電平信號(hào)送入變送器，經(jīng)濾波、積分、放大等電量處理后，轉(zhuǎn)變成與質(zhì)量成正比的4~20mA模擬信號(hào)或定范圍的頻率信號(hào)兩種形式輸出。
3.2基本圖示見圖3。
3.3優(yōu)點(diǎn):精度高、應(yīng)用范圍廣、安裝工況要求低。
3.4缺點(diǎn):
(1)由于質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外界振動(dòng)較為敏感，容易造成零點(diǎn)漂移和對(duì)密度測(cè)量的不準(zhǔn)確。
(2)測(cè)量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精度。其工作環(huán)境不能太惡劣，受環(huán)境的干擾大。
(3)價(jià)格昂貴。
根據(jù)以上三點(diǎn)，質(zhì)量流量計(jì)不能入選。
4超聲波時(shí)差法流量計(jì)
4.1工作原理
根據(jù)超聲波信號(hào)順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間之差來計(jì)算流速，進(jìn)而求得流量。
4.2基本圖示見圖4。
4.3優(yōu)點(diǎn):
(1)屬于非接觸性測(cè)量，安裝方便。
(2)無節(jié)流部件，有利于節(jié)約能源。
4.4缺點(diǎn):
聲波時(shí)差法只能用于清潔液體或氣體,不能用于含雜質(zhì)的流體。而鉆井液是富含雜質(zhì)的液體，故不適用于井場(chǎng)中。
5多普勒流量計(jì)
5.1工作原理
超聲波多普勒流量計(jì)的測(cè)量原理以物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比。
5.2基本圖示見圖5。
5.3優(yōu)點(diǎn):
(1)可測(cè)量礦漿等污濁液體。
(2)操作簡單，響應(yīng)速度快。
(3)極好的低流速測(cè)量能力，可低至0.05m/So
(4)極寬的流量測(cè)量范圍。
5.4缺點(diǎn):
暫無。需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行比較。
6現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較
對(duì)靶式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波時(shí)差法流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、多普勒流量計(jì)五種流量計(jì)進(jìn)行原理分析對(duì)比后，選擇多普勒流量計(jì)和電磁流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較。
7總結(jié)
多普勒流量計(jì)相對(duì)于靶式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波時(shí)差法、質(zhì)量流量計(jì)更適合測(cè)量礦漿等污濁的液體，適應(yīng)惡劣工況環(huán)境，解決了許多流量計(jì)無法測(cè)量的難題。同時(shí)具有操作簡單，高度智能化，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
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