CN101598015B - 一种高压固井泥浆流量高精度计量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压固井泥浆流量高精度计量的方法及装置，采用电磁流量计来计量高压固井泥浆和钻井泥浆的流量，该电磁流量计在耐压强度与壁厚、材料强度系数等关系的计算基础上，采用二次锻压的无磁钢作为壳体，一次浇注内衬等工艺，提高其耐压性(≥40MPa)；针对不同密度的泥浆介质，按照电极接收到的感应电压最佳信噪比的原则，自动选用双频复合矩形波作为励磁信号，提高电磁流量计抗干扰能力和零点稳定性。本发明有益的效果：利用此项技术所研制的仪器具有计量精度高(≤1％)、耐压性高、测量泥浆密度范围大、冲洗和保养方便等优点，彻底改变现场高压固井泥浆和钻井泥浆流量的实时精确计量。

Description

一种高压固井泥浆流量高精度计量的方法及装置

所属技术领域

本发明涉及油田高压固井泥浆流量计量领域，主要是一种高压固井泥浆流量高精度计量的方法及装置。

背景技术

泥浆的流量是固井施工过程中的重要参数，对其进行连续实时准确的计量，是确保固井质量，提高施工技术水平和效率，实现科学管理的必要手段。由于固井泥浆物性及成份范围很大，目前所采用的几种检测仪器和方法都存在不少问题，例如：科里奥利质量流量计虽然计量精度很高，但由于对外界振动相当敏感，需要固定安装，且耐压性很差，不能用于高压作业实时测量；超声流量计与物性及成份关系极大，在固井现场难于推广使用；也有报道使用电磁流量计来计量固井泥浆，但压力≤5MPa和泥浆密度≤1.8g/cm³有一定的限制，不能用于高压现场物性及成份。目前各油田大多采用涡轮流量计来现场计量固井泥浆的流量，其流量精度3％虽能满足要求，但涡轮常被泥浆中的杂物卡堵尤其用于高密度泥浆，影响施工，且冲洗和轴承保养要求较高，寿命不长。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供的一种高压固井泥浆流量高精度计量的方法及装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：这种高压固井泥浆流量高精度计量装置，主要包括测量管、主机和无线数据接收装置，其中测量管包括壳体、内衬、锥形接头、电极和接线盒；主机包括机箱、励磁模块、接收和处理模块和无线数据发送模块；内衬浇注连接在壳体内壁上，锥形接头连接在壳体两端，两个电极对称安装在壳体的中部，穿过内衬且与内衬内壁平行，接线盒固定在壳体的外壁；主机通过电缆连接在测量管的接线盒上，主机与无线数据接收装置无线连接。

作为优选，所述的壳体是能耐高压的无磁钢壳体。

本发明所述的采用高压固井泥浆流量高精度计量装置的方法，步骤如下：

1、设计高压固井泥浆流量高精度计量的装置

1.1、结构耐压上首先根据下式计算壳体1-1的壁厚：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{pD}}{2\mathrm{\σ}-\mathrm{\ρ}}+c---1$

其中：δ为壳体1-1的壁厚，p为壳体1-1的耐压强度，D为壳体1-1的内径，σ为壳体1-1材料的强度系数，ρ为焊缝修正系数，c为耐压余量，取1-3；

1.2、采用一次浇注耐磨内衬工艺，使壳体1-1和内衬1-2之间无隙粘接，壳体1-1的耐压性能≥40MPa；

2、通过高压固井泥浆流量高精度计量装置来计量高压固井泥浆和钻井泥浆的流量：停泵状态下，通过锥形接头1-3将测量管接入高压泥浆管线，按流场方向测量管的锥形接头朝前，用电缆4将主机2与测量管1的接线盒1-5连接，启动主机2和无线数据接收装置3，在相隔距离≥100m情况下，使主机和无线数据接收装置数据通讯正常；校零后，启动泥浆泵，通过无线数据接收装置3连续实时读取注入泥浆的流量；

3、针对不同密度的泥浆介质，按照电极1-4接收到的感应电压最佳信噪比的原则，选用双频复合矩形波作为励磁信号。

作为优选，在1式计算的壁厚的基础上，采用二次锻压的无磁钢作为壳体，ρ＝0。

作为优选，主机2内的中央处理器CPU按照电极1-4接收到的感应电压最佳信噪比的原则，选择100Hz-20Hz，步距10Hz中两种单频信号作为励磁信号进行工作；具体方法为：设

为能保证电磁流量计计量精度等级1％的最低门限，开机和流量计运行期间的一定周期内，从高频100Hz以步距10Hz自动扫描，计算 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_{i}i=1,$ 2…9；对应100Hz-20Hz九种工作频率的信噪比，若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}2\≤n\≤i,$ 则从中选取最高二种频率的信号作为励磁信号；若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}n=1,$ 则选取和20Hz二种频率的信号作为励磁信号；若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}n=0,$ 则选取20Hz和30Hz二种频率的信号作为励磁信号。

本发明有益的效果是：利用此项技术所研制的电磁流量计具有计量精度高≤1％、耐压性高≥40MPa、测量泥浆密度范围大(1.0-2.6g/cm³)，能适用于固井和钻井各种工作状态的施工现场，且冲洗和保养方便等优点，彻底改变现场高压固井泥浆和钻井泥浆流量的实时精确计量方法。

附图说明

图1是本发明的测量管结构示意图；

图2是本发明中的主机示意图；

图3是本发明中的无线数据接收装置示意图；

图4是本发明的工作状态中主视结构示意图。

附图标记说明：测量管1，壳体1-1，内衬1-2，锥形接头1-3，电极1-4，接线盒1-5，主机2，机箱2-1、励磁模块2-2、接收和处理模块2-3、无线数据发送模块2-4，无线数据接收装置3，电缆4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步说明：

本发明在结构耐压和计量算法上采用特殊设计的电磁流量计来计量高压固井泥浆和钻井泥浆的流量。如图所示，这种高压固井泥浆流量高精度计量装置，主要包括测量管1、主机2和无线数据接收装置3，者按施工现场所要求的防爆等级要求来设计。其中测量管1包括无磁钢壳体1-1、内衬1-2、锥形接头1-3、电极1-4和接线盒1-5；主机包括机箱2-1、励磁模块2-2、接收和处理模块2-3和无线数据发送模块2-4；无线数据接收装置包括外壳、无线数据接收模块和显示模块。内衬1-2浇注连接在壳体1-1内壁上，锥形接头1-3连接在壳体1-1两端，两个电极1-4对称安装在壳体1-1的中部，穿过内衬1-2且与内衬1-2内壁平行，接线盒1-5固定在壳体1-1的外壁；主机2通过电缆4连接在测量管1的接线盒1-5上，主机2与无线数据接收装置3无线连接。

本发明所述采用高压固井泥浆流量高精度计量装置的方法，步骤如下：

1、设计高压固井泥浆流量高精度计量的装置

1.1、结构耐压上首先根据下式计算壳体1-1的壁厚：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{pD}}{2\mathrm{\σ}-\mathrm{\ρ}}+c---1$

其中：δ为壳体1-1的壁厚，p为壳体1-1的耐压强度，D为壳体1-1的内径，σ为壳体1-1材料的强度系数，ρ为焊缝修正系数，c为耐压余量，取1-3；为了保证壳体测量管的耐压强度，在(1)式计算的壁厚的基础上，可采用二次锻压的无磁钢作为壳体(ρ＝0)。

1.2、采用一次浇注耐磨内衬工艺，使壳体1-1和内衬1-2之间无隙粘接，壳体1-1的耐压性能≥40MPa；另外，同等材料和壁厚的条件下，能降低壳体测量管的重量

2、通过高压固井泥浆流量高精度计量装置来计量高压固井泥浆和钻井泥浆的流量：停泵状态下，通过锥形接头1-3将测量管接入高压泥浆管线，按流场方向测量管的锥形接头朝前，用电缆4将主机2与测量管1的接线盒1-5连接，启动主机2和无线数据接收装置3，在相隔距离≥100m情况下，使主机和无线数据接收装置数据通讯正常；校零后，启动泥浆泵，通过无线数据接收装置3连续实时读取注入泥浆的流量；

3、针对不同密度的泥浆介质，按照电极1-4接收到的感应电压最佳信噪比的原则，选用双频复合矩形波作为励磁信号。选择100Hz-20Hz，步距10Hz中两种单频信号作为励磁信号进行工作；具体方法为：设

为能保证电磁流量计计量精度等级1％的最低门限，开机和流量计运行期间的一定周期内，从高频100Hz以步距10Hz自动扫描，计算 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_{i}i=1,$ 2…9；对应100Hz-20Hz九种工作频率的信噪比，若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}2\≤n\≤i,$ 则从中选取最高二种频率的信号作为励磁信号；若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}n=1,$ 则选取和20Hz二种频率的信号作为励磁信号；若 ${\left(\frac{S}{N}\right)}_n\≥{\left(\frac{S}{N}\right)}_{0}n=0,$ 则选取20Hz和30Hz二种频率的信号作为励磁信号。

这样尽可能降低泥浆干扰和流动噪声的数量级，提高电磁流量计抗干扰能力和零点稳定性，从而达到对高压固井泥浆流量的高精度计量。

上述计量方法同样适合同等密度范围钻井泥浆的准确计量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压固井泥浆流量高精度计量装置，其特征在于：主要包括测量管(1)、主机(2)和无线数据接收装置(3)，其中测量管(1)包括壳体(1-1)、内衬(1-2)、锥形接头(1-3)、电极(1-4)和接线盒(1-5)；主机包括机箱(2-1)、励磁模块(2-2)、接收和处理模块(2-3)和无线数据发送模块(2-4)；内衬(1-2)浇注连接在壳体(1-1)内壁上，锥形接头(1-3)连接在壳体(1-1)两端，两个电极(1-4)对称安装在壳体(1-1)的中部，穿过内衬(1-2)且与内衬(1-2)内壁平行，接线盒(1-5)固定在壳体(1-1)的外壁；主机(2)通过电缆(4)连接在测量管(1)的接线盒(1-5)上，主机(2)与无线数据接收装置(3)无线连接。

2.根据权利要求1所述的高压固井泥浆流量高精度计量装置，其特征在于：所述的壳体(1-1)是无磁钢壳体。

3.一种采用如权利要求1所述的高压固井泥浆流量高精度计量装置的方法，其特征在于：步骤如下：

(1)、设计高压固井泥浆流量高精度计量的装置

(1.1)、结构耐压上首先根据下式计算壳体(1-1)的壁厚：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{pD}}{2\mathrm{\σ}-\mathrm{\ρ}}+c---\left(1\right)$

其中：δ为壳体(1-1)的壁厚，p为壳体(1-1)的耐压强度，D为壳体(1-1)的内径，σ为壳体(1-1)材料的强度系数，ρ为焊缝修正系数，c为耐压余量，取1-3；

(1.2)、采用一次浇注耐磨内衬工艺，使壳体(1-1)和内衬(1-2)之间无隙粘接，壳体(1-1)的耐压性能≥40MPa；

(2)、通过高压固井泥浆流量高精度计量装置来计量高压固井泥浆和钻井泥浆的流量：停泵状态下，通过锥形接头(1-3)将测量管接入高压泥浆管线，按流场方向测量管锥形接头朝前，用电缆(4)将主机(2)与测量管(1)的接线盒(1-5)连接，启动主机(2)和无线数据接收装置(3)，在相隔距离≥100m情况下，使主机和无线数据接收装置数据通讯正常；校零后，启动泥浆泵，通过无线数据接收装置(3)连续实时读取注入泥浆的流量；

(3)、针对不同密度的泥浆介质，按照电极(1-4)接收到的感应电压最佳信噪比的原则，选用双频复合矩形波作为励磁信号。

4.根据权利要求3所述的采用高压固井泥浆流量高精度计量装置的方法，其特征在于：在(1)式计算的壁厚的基础上，采用二次锻压的无磁钢作为壳体，ρ＝0。

5.根据权利要求3所述的采用高压固井泥浆流量高精度计量装置的方法，其特征在于：主机(2)内的中央处理器CPU按照电极(1-4)接收到的感应电压最佳信噪比的原则，选择100Hz-20Hz，步距10Hz中两种单频信号作为励磁信号进行工作；具体方法为：设

为能保证电磁流量计计量精度等级1％的最低门限，开机和流量计运行期间的一定周期内，从高频100Hz以步距10Hz自动扫描，计算(i＝1，2…9；对应100Hz-20Hz九种工作频率的信噪比)，若

(2≤n≤i)，则从中选取最高二种频率的信号作为励磁信号；若

(n＝1)，则选取

和20Hz二种频率的信号作为励磁信号；若

(n＝0)，则选取20Hz和30Hz二种频率的信号作为励磁信号。

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