影響固井水泥車(chē)混漿自控系統(tǒng)密度檢測(cè)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(chē)混漿自控系統(tǒng)密度檢測(cè)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(chē)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(cè)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。混漿系統(tǒng)密度傳感器采用科氏力質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)水泥漿密度的檢測(cè)，由于使用環(huán)境的影響，對(duì)水泥漿密度檢測(cè)精度產(chǎn)生一定的誤差。本文就科氏力質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于固井水泥車(chē)混漿系統(tǒng)檢測(cè)水泥漿密度精度的影響因素進(jìn)行分析，探討提高檢測(cè)精度的途徑。

科氏力質(zhì)量流量計(jì)；固井車(chē)密度檢測(cè)；影響因素；消減措施

1 科氏力質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)流體密度的原理

科氏力質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)科里奧利力原理制造的一種新型的在線直接測(cè)量封閉管道內(nèi)流體質(zhì)量流量的測(cè)量?jī)x表，其結(jié)構(gòu)一般由信號(hào)測(cè)量傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成。

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

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

2 固井水泥車(chē)混漿系統(tǒng)在線密度檢測(cè)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷發(fā)展與成熟，固井水泥車(chē)已逐步推廣應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)，提高了水泥車(chē)的自動(dòng)監(jiān)控程度。

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

固井水泥車(chē)所應(yīng)用的科氏力質(zhì)量流量計(jì)在線檢測(cè)水泥漿密度的工作過(guò)程：驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生一個(gè)固有的振蕩頻率，驅(qū)動(dòng)流量管產(chǎn)生同步振動(dòng)，檢測(cè)線圈檢測(cè)流體流經(jīng)流量管時(shí)的振動(dòng)頻率的變化，由此測(cè)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(dòng)，當(dāng)流體的密度變化時(shí)，將引起流體的質(zhì)量流速的變化，探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)頻率也發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量探測(cè)器的信號(hào)頻率就可以決定流量管中流體的密度，計(jì)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(shí)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(shí)管的的振動(dòng)頻率有關(guān)，隨著流體密度升高，流量管的振動(dòng)頻率也相應(yīng)降低。

3 影響科氏力質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)水泥漿密度的因素

科氏力質(zhì)量流量計(jì)是當(dāng)前一種較好的在線流量測(cè)量?jī)x表，但是使用環(huán)境對(duì)其檢測(cè)精度的影響比較大，對(duì)于磁場(chǎng)、振動(dòng)、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(gè)復(fù)雜的環(huán)境，因此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在流體測(cè)量密度偏差過(guò)大的現(xiàn)象，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混漿控制的使用。

固井施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)科氏力質(zhì)量流量計(jì)影響因素主要體現(xiàn)以下方面：

（1）振動(dòng)影響：設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生很大的振動(dòng)，比如：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、三缸柱塞泵等。

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

（3）電磁影響：施工現(xiàn)場(chǎng)存在高壓線路、電磁設(shè)備，比如：井隊(duì)的高壓電器、大功率電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)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(guò)流量管的流體流量的不穩(wěn)定，引起管內(nèi)流體的流動(dòng)阻力發(fā)生變化。

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

（7）多相流影響：流過(guò)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(dòng)，要求驅(qū)動(dòng)線路輸出更多的能量來(lái)保持流量管的振動(dòng)。由于傳感器本身安全的限制，供給驅(qū)動(dòng)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(wú)法測(cè)量。

（8）安裝影響：進(jìn)口安裝長(zhǎng)度的不合理，安裝方法不對(duì)、儀器懸空無(wú)固定等對(duì)檢測(cè)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(cè)精度。

4 抑制固井水泥車(chē)科氏力質(zhì)量流量計(jì)影響水泥漿密度檢測(cè)因素的措施

結(jié)合固井水泥車(chē)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)電磁進(jìn)行屏蔽，消除電磁的干擾，施工車(chē)輛遠(yuǎn)離配電柜、高壓線等電磁場(chǎng)所。

（2）對(duì)流量管的入口加裝流體脈動(dòng)緩沖裝置，消除三缸柱塞泵工作過(guò)程中產(chǎn)生的脈動(dòng)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(guò)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(chē)完全工作的狀態(tài)下采用工作介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)，消除介質(zhì)不同和溫度的影響。

（6）施工完成及時(shí)清洗流量管，定期清除管壁膠結(jié)物。

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

通過(guò)上述措施，可以極大消除影響水泥漿密度的檢測(cè)精度的干擾因素，提高對(duì)水泥漿密度的檢測(cè)精度，使水泥車(chē)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(cè)量?jī)x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(jì)故障的排除方法.《工業(yè)計(jì)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。