便携式固井施工流量计的探讨及应用

2014-09-26程志荣刘国庆

计量技术 2014年12期

程志荣刘国庆

（渤海钻探第一固井公司长庆项目部乌审旗固井队，鄂尔多斯 017300）

0 引言

现在油气勘探、开发已进人重要时期，深井、特殊工艺井、复杂井等固井施工作业量逐年增多，固井施工难度越来越大，对固井质量的要求越来越高。固井施工现场指挥必须随时掌握各项参数和各个关键环节的工作状况，并及时准确地发布作业指令，达到对参与施工各个环节统一指挥，确保固井施工的顺利进行。固井计量是固井施工过程中的一个关键环节，固井施工参数计量的准确性直接影响到固井地面施工成功率和固井质量。

1 固井施工参数

固井施工主要参数是否达到设计要求直接影响到固井质量的优劣，实时监测固井施工流量、压力和水泥浆密度三个主要参数，及时按设计进行调整控制，有利于提高固井施工水平，确保固井质量。

1.1 流量监测

采用涡轮流量计，它具有体积小、结构简单、使用方便、抗震性能强等特点。但涡轮流量计的流量系数只在一定范围内近似为常数，其测量范围为0.3～5.0m3/min，误差小于2%。

1.2 压力及密度监测

采用的陶瓷压力传感器具有很强的耐磨损、抗冲击特性，零点和量程正负迁移可调，采用信号剥离技术，对传感器温度漂移跟随补偿，稳定性好，线性度优于0.1%。陶瓷膜片特强的耐腐蚀性，可与绝大多数的介质直接接触，受温度影响极小，其受力面做成平面结构，从而彻底消除堵塞现象。

密度计主要安装在水泥车上，便于操作人员观察及时调整水泥浆的密度。

1.3 二次仪表

它对各参数传感器信号进行采集处理，并将其转换为动态的固井施工参数显示出来。其内部核心部件采用高性能微处理器，对传感器信号的非线性进行智能化处理，除能实时显示固井施工动态参数外，还具有数据转存、打印等功能。同时将实时施工数据进行编译传送到发射装置，分别发送到外挂无线数据显示屏和手持无线数据显示器上。数据监测调整界面如图1 所示。

图1 数据监测调整界面

2 一次仪表的校验

由于固井仪表精度要求较高，并且在野外，综合考虑各种因素，选用了简单容积法进行校验。

2.1 工作原理

采用液位计式容积检验法，对流体流量进行检验，具有精度高、稳定性好、安全、易维修等优点。本系统由两个大小相同的水箱、水泵、两个球阀、被测涡轮流量计、单流阀等组成。液位计式容积检验图如图2 所示。

图2 液位计式容积检验图

2.2 校验流程

涡轮流量计校验工作流程如图3 所示。

图3 校验工作流程

3 固井施工作业

3.1 流量计操作前的准备

1）将涡轮流量计连人管汇，接好，砸紧，信号放大器旋人一次仪表窗口，放大器应拧紧，连接二次仪表与一次仪表之间的信号线，信号线摆放合理，不架空，留2～3m余地。

2）打开二次仪表电源，检查仪器供电是否正常，标准情况下，供电电压应保持在+12V。

3）连接一次仪表信号线与放大器，用绕线机校验，1500 ┆ 仪表显示为0.021m3 为正确。

4）压力传感器安装在水泥头专用接口上，用专用数据线与二次仪表连接。

5）对讲机电量充足，报量及时，声音清晰、准确。

3.2 操作

1）流量校验。打开仪表电源，绿灯亮为工作状态，按下SET键不动，超过2s后仪表显示主菜单，按▶键到系数，流量系数默认值为07400，按▲调整设定值，校正完毕，按下A/M 键，校正系数生效。

2）清除累积量。按下SET键不动，超过2s后仪表显示主菜单，按▶键到清1 或清2，选择“是”则累积流量被清零。

3）在工作过程中进行设定系数操作时（即更改系数），在操作完成前，仪表仍按原设定值进行计数；当按下A/M键后，仪表即按照新设定的系数，接着原数值（即原累计流量值）继续工作。有时在工作过程中，要观察某一路的转换系数，可进人菜单选CP项下相应的系数，如不想修改系数，则直接按A/M键，此时并不影响仪表的工作。

4）结束操作。施工结束后，回收一次仪表，冲洗干净。回收信号线，切忌生拉硬扯。按下存储结束键，记录、存储施工数据；关闭仪表电源。

4 二次仪表常见的异常及其处理

固井施工现场用的仪表主要完成井口压力、人井液体流量和密度三个参数的计量和显示。

压力传感器多为应变片式，用久了会发生零点漂移和应变片脱落，会造成压力无法显示，此时可以观察施工水泥车上的压力表来判断井口压力，井口压力一般情况下要比水泥车压力表显示的压力低1～2MPa。密度可以观察水泥车上的质量密度计，并结合施工现场情况来确定和控制人井水泥浆密度。施工现场使用的流量计绝大多数是涡轮流量计，在施工╨ 发生以下几种异常问题：

1）二次仪表显示的排量高于实际排量，这是由于计量液体中有杂质（如胶垫、石块等）造成过流面积减小，涡轮转速虚高。2）二次仪表显示的排量低于实际排量，这是由于计量液体中有杂质（如丝袋线、小铁片、塑料袋等）缠卡住叶轮，使涡轮转速虚低。现场施工技术员要参考最初测得排量、水泥车排量和大泵排量来判断正确的排量，要综合考虑各方面因素，以免造成固井施工事故。3）一次仪表在进行数次固井施工作业后，计量精度已经满足不了固井施工的要求了，应对一次仪表进行定期校验，及时更换磨损了的叶片和轴承。4）对施工现场流量计量范围考虑不全面，会导致计量精度不高，原因是涡轮流量计的计量范围分为高精度区域、正常使用区域、扩大使用区域和低流量区域，要充分考虑现场施工流量计量范围，然后选择流量计，保证计量作业大部分在高精度区域。5）施工现场作业时，当用涡轮流量计计量特种水泥浆体系和钻井液体系时，计量不准确，这是因为涡轮流量计的计量数学模型与被测介质的物理性质（介质密度、介质黏度）有关，测量不同类型的液体时，要选用不同的流量系数，才能保证较高的计量精度。6）一般井队泥浆泵的缸套是170mm，柴油机的转速是1250r/min，二次仪表的显示流量是2.0～2.1m3/min。若泥浆泵的缸套是180mm，柴油机的转速是1250r/min，二次仪表的显示流量是2.2～2.3m3/min。二次仪表系数的调整要考虑到泥浆的性能、泥浆泵的上水是否平稳等因素。