水泥车改装流量计现场应用
摘要：固井仪表计量是固井施工中的一项重要数据监测手段, 复杂的工作环境, 如遇高压、激动压、杂物等情况时, 仪表易出现卡堵失灵现象。为了减少事故损失, 进一步提高固井一次施工成功率。我们研制了100-30型水泥车上水计量装置。在清水泵至水柜管线沿程安装一块法兰水表, 当清水泵工作时, 就可以将上水总量全部纳入计量, 从而准确计算出入井清水量, 有效避免因计量误差而出现的替空、留水泥塞等固井事故的发生。
固井仪表计量为固井施工提供了重要施工参数, 计量的准确性十分重要, 其准确与否往往决定了一口井的成败。固井施工顶替作业, 一般采用仪表计量加车载计量双保险的方式进行施工。但是在现场实际操作中, 我们发现车载计量因其计量方式的局限性, 并不能十分精准。而固井施工要求精度很高, 车载计量大多数情况又不能胜任。所以在仪表计量失效时就只能凭工程师的经验来决断, 这样做风险很大。去年南区固井施工就出现了因计量失效, 固井工程师没有准确判定替入清水总量, 导致的固井施工留水泥塞的固井事故。经统计, 固井目前仪表一次计量成功率约为98%, 按每年2500口井计算, 每年就有50口井计量失败, 因仪表计量失准发生的固井事故带来的经济损失不可小觑。
为解决这个问题, 我们构思了一种办法, 用通过改造水泥车的方式, 在水泥车水泵至水柜沿程处安装一块法兰水表作为辅助计量, 这样只要水表计量准确, 再通过简单计算就可以得到准确的入井顶替量。
1、电磁流量计：
通过对市面上常用的几种计量水表进行优选, 我们选定电磁流量计作为水泥车上水计量水表。
1.1、电磁流量计的特点：
电磁流量计传感器衬里和电极材料具有良好的耐腐蚀和耐磨损性。测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响, 传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系, 因此测量精度高。测量管道内无阻流件, 不会堵塞上水管路。
1.2、电磁流量计工作原理：
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小, 可测流量范围大。可测量电导率不小于5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。
当导体在磁场中做切割磁力线运动时, 在导体中会产生感应电势, 感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中做垂直于磁场方向运动的速度成正比。感应电势的方向由右手定则判定, 感应电势的大小由下式确定:
式中:
感应电势, V;
B——磁感应强度, T;
D——管道内径, m
v——液体的平均流速, m/s。
然而体积流量Qv等于流体的流速v与管道截面积
的乘积, 将式 (1) 代入该式得:
由上式可知, 在管道直径D已定且保持磁感应强度B不变时, 被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极, 就可引入感应电势Ex, 测量此电势的大小, 就可求得体积流量。
1.3、流量计的安装：
根据电磁流量计的工作原理和安装要求, 结合水泥车管路分布情况, 将电磁流量计安装在水泥车水柜附近的上水立管上。
2、现场应用：
通过现场多口井试验, 试验井如表1所示。电磁流量计可以较为准确地计量水泥车上水总量, 防止替空、留水泥塞事故的发生。
3、影响因素：
表1 试验井表
(1) 实验中电磁流量计对清水计量较为灵敏, 对冲洗液、钻井液的计量误差较大, 分析原因是钻井液、冲洗液易产生气泡, 造成流量计MTP (空管) 报警, 无法准确计量。其中钻井液误差达5%, 冲洗液误差达到25%。
(2) 试验中反复开关清水泵会出现电磁流量计无计量情况, 说明电磁流量计灵敏度较低, 此时会出现漏记情况。
(3) 施工中倒换水罐再次抽水时, 电磁流量计有时出现MTP报警。造成计量出现误差。
4、结论：
(1) 水泥车电磁流量计误差小, 可以有效地计量水泥车抽入的清水总量。防止固井施工中替空、水泥塞的事故发生。
(2) 电磁流量计对空管情况较为敏感, 一旦上水管线出现气泡, 就无法准确进行计量。
(3) 电磁流量计计量灵敏度低。反复抽水时, 会丢失读数, 影响计量。
(4) 通过对流量计的参数进行设置, 可以一定程度地提高流量计的敏感性, 提高计量精度。
(5) 对水泥车上水计量的改造, 没能达到预期的完美效果。因流量计的适用环境等因素影响, 还须进一步的研究改进, 提高其计量精度。