水泥車改裝流量計現場應用
摘要：固井儀表計量是固井施工中的一項重要數據監測手段, 復雜的工作環境, 如遇高壓、激動壓、雜物等情況時, 儀表易出現卡堵失靈現象。為了減少事故損失, 進一步提高固井一次施工成功率。我們研制了100-30型水泥車上水計量裝置。在清水泵至水柜管線沿程安裝一塊法蘭水表, 當清水泵工作時, 就可以將上水總量全部納入計量, 從而準確計算出入井清水量, 有效避免因計量誤差而出現的替空、留水泥塞等固井事故的發生。
固井儀表計量為固井施工提供了重要施工參數, 計量的準確性十分重要, 其準確與否往往決定了一口井的成敗。固井施工頂替作業, 一般采用儀表計量加車載計量雙保險的方式進行施工。但是在現場實際操作中, 我們發現車載計量因其計量方式的局限性, 并不能十分精準。而固井施工要求精度很高, 車載計量大多數情況又不能勝任。所以在儀表計量失效時就只能憑工程師的經驗來決斷, 這樣做風險很大。去年南區固井施工就出現了因計量失效, 固井工程師沒有準確判定替入清水總量, 導致的固井施工留水泥塞的固井事故。經統計, 固井目前儀表一次計量成功率約為98%, 按每年2500口井計算, 每年就有50口井計量失敗, 因儀表計量失準發生的固井事故帶來的經濟損失不可小覷。
為解決這個問題, 我們構思了一種辦法, 用通過改造水泥車的方式, 在水泥車水泵至水柜沿程處安裝一塊法蘭水表作為輔助計量, 這樣只要水表計量準確, 再通過簡單計算就可以得到準確的入井頂替量。
1、電磁流量計：
通過對市面上常用的幾種計量水表進行優選, 我們選定電磁流量計作為水泥車上水計量水表。
1.1、電磁流量計的特點：
電磁流量計傳感器襯里和電極材料具有良好的耐腐蝕和耐磨損性。測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響, 傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系, 因此測量精度高。測量管道內無阻流件, 不會堵塞上水管路。
1.2、電磁流量計工作原理：
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。電磁流量計的優點是壓損極小, 可測流量范圍大?？蓽y量電導率不小于5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。
當導體在磁場中做切割磁力線運動時, 在導體中會產生感應電勢, 感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中做垂直于磁場方向運動的速度成正比。感應電勢的方向由右手定則判定, 感應電勢的大小由下式確定:
式中:
感應電勢, V;
B——磁感應強度, T;
D——管道內徑, m
v——液體的平均流速, m/s。
然而體積流量Qv等于流體的流速v與管道截面積
的乘積, 將式 (1) 代入該式得:
由上式可知, 在管道直徑D已定且保持磁感應強度B不變時, 被測體積流量與感應電勢呈線性關系。若在管道兩側各插入一根電極, 就可引入感應電勢Ex, 測量此電勢的大小, 就可求得體積流量。
1.3、流量計的安裝：
根據電磁流量計的工作原理和安裝要求, 結合水泥車管路分布情況, 將電磁流量計安裝在水泥車水柜附近的上水立管上。
2、現場應用：
通過現場多口井試驗, 試驗井如表1所示。電磁流量計可以較為準確地計量水泥車上水總量, 防止替空、留水泥塞事故的發生。
3、影響因素：
表1 試驗井表
(1) 實驗中電磁流量計對清水計量較為靈敏, 對沖洗液、鉆井液的計量誤差較大, 分析原因是鉆井液、沖洗液易產生氣泡, 造成流量計MTP (空管) 報警, 無法準確計量。其中鉆井液誤差達5%, 沖洗液誤差達到25%。
(2) 試驗中反復開關清水泵會出現電磁流量計無計量情況, 說明電磁流量計靈敏度較低, 此時會出現漏記情況。
(3) 施工中倒換水罐再次抽水時, 電磁流量計有時出現MTP報警。造成計量出現誤差。
4、結論：
(1) 水泥車電磁流量計誤差小, 可以有效地計量水泥車抽入的清水總量。防止固井施工中替空、水泥塞的事故發生。
(2) 電磁流量計對空管情況較為敏感, 一旦上水管線出現氣泡, 就無法準確進行計量。
(3) 電磁流量計計量靈敏度低。反復抽水時, 會丟失讀數, 影響計量。
(4) 通過對流量計的參數進行設置, 可以一定程度地提高流量計的敏感性, 提高計量精度。
(5) 對水泥車上水計量的改造, 沒能達到預期的完美效果。因流量計的適用環境等因素影響, 還須進一步的研究改進, 提高其計量精度。