固井水泥车密度监测系统的研究与应用.pdf
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1、固井水泥车密度监测系统的研究与应用高亚宁,姬卫星,王丽(中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司,陕西西安7 10 0 18)摘要:针对固井水泥车水泥浆密度监测的现状及存在的问题,分析水泥浆密度监测的各种方式以及振动式密度计测量安装测试情况,提出密度监测系统升级改进建议。关键词:固井;水泥浆;密度测量中图分类号:TE2560引言长庆固井公司现有固井水泥车配置艾默生或E+H微弯管密度计,该型密度计测量低密度水泥浆和气泡量大的水泥浆时测量误差大。在开展“一键式”水泥车研发测试混浆过程中,需要根据精确的水泥浆密度值进行远程自动控制施工,因密度计低密度水泥浆测量不准,“一键式水泥车远程一键控制施工
2、实施受到影响。因此,对水泥车泥浆密度测量方式进行研究,提高低密度泥浆监测的精准性,实现对不同密度水泥浆的精确测量。1水泥车水泥浆密度监测技术现状固井水泥浆是由清水和水泥以一定比例混合而成,在混合过程中,由于水泥浆带有气泡,导致现有密度计对气液两相下的密度监测误差大。目前市场上使用的固井水泥车主要采用微弯管密度计,该型密度计采用科氏力原理质量流量计,包括密度计传感器和变送器,可测量质量流量、体积流量、标准体积流量、密度、温度,应用在水泥车主要是测量密度、体积流量。但该型密度计对低密度、含气泡的水泥浆测量结果不准,致使水泥车无法实现自动控制。因此,需要对密度计进行调研,解决密度测量不准确的问题。2
3、水泥浆密度计选型目前固井水泥车密度监测安装的密度计有振动式、放射性同位素式、压差式等。2.1振动式密度计(图 1)振动式密度计的工作原理是物体受激而发生振动时,其振动频率或振幅与物体本身的质量有关,如果在一个U形玻璃管内充以一定体积的液体,其振动频率或振幅的变化便反映一定体积的样品液体的质量或密度以及比重。振动式密度计的优点是:安装方便、日常维护保养简单,可以测试含有固体颗粒或气体的混合介质密度。缺点是:对易结晶、结垢介质的测量效果一般。28设备管理与维修2 0 2 3No10(上)文献标识码:B图1振动式密度计DOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.12G
4、B-DMR型振动式密度计(图2)技术参数见表1,DMF-1-LDS1000系列振动式密度计(图3)技术参数见表2。2.2放射性同位素式密度计放射性同位素密度计(图4)在仪器内设有放射性同位素辐射源,放射性辐射(例如射线)在透过一定厚度的被测样品后被射线检测器所收,样品对射线的吸收量与该样品的密度有关,而射线检测器的信号则与该吸收量有关,物质的密度越高,吸收的能量越多。水泥浆密度越高,射线穿过管线到达探头时探头所接收的射线越弱。因此,通过该原理可计算得出样品的密度。放射性同位素式密度计工作原理如图5所示。这种密度计源室中的放射性同位素源若保管、使用不当,会对环境、人体造成很表1GB-DMR型振动
5、式密度计技术参数项目密度测量范围测量精度0.001 g/cm(1 kg/m)/0.002 g/cm(2 kg/m)重复性0.000 2 g/cm(0.2 kg/m)温度输出范围-40+150 输出信号420mA,01000Hz,RS485Modbus RTU电源DC 24 V,500 mA接液材质316L/304不锈钢,哈氏合金最大工作压力10 MPa,特殊2 0 MPa图3DMF-1-LDS1000系列振动式密度计设计研究3008.6图2 GB-DMR型振动式密度计参数0.52.5 g/cm(5002500 kg/m)表2 DMF-1-LDS1000系列振动式密度计技术参数项目密度测量范围测
6、量精度重复性液体分辨率温度输出范围输出信号电源接液材质最大工作压力大的辐射伤害。放射性同位素密度计在使用、运输及保管方面具有严格的要求,除了较高的购置费用外,也增加了其保养维护的成本。2.3压差式密度计(图6)压差式密度计的压力感应部分由两个压力探头和一个敏感元件组成,当两个探头安装在不同高度时,被测介质的高、低压力就会使测量膜片发生形变,从而使固定极板和测量膜片之间的电容值发生变化,放射源图5放射性同位素密度计工作原理度计进行安装试验。参数3密度计的测试、试验与应用0.52.5 g/cm(5002500 kg/m)3.1密度计的测试0.001 g/cm(1 kg/m)首先开展音叉式密度计的实
7、验室测0.000 2 g/cm(0.2 kg/m)试和验证,取水和不同密度的低密度水0.000 5 g/cm(0.5 kg/m)泥浆进行测试,并与人工密度测量值进-50+150行对比验证。测试情况见图10,测试数420 mA,01000 Hz据见表5。经测试对比,该型密度计与人DC 24 V/500mA或 AC220 V工密度测量平均误差0.0 0 2 g/cm,误差316L不锈钢、C276、C 2 2、T i 合金等率0.0 9%。4 MPa射源容器图4方放射性同位素密度计安装示意探头低压探头高压探头图7压差式密度计工作原理图8 GB-DMP型压差式密度计安装架探测器表3GGB-DMP型压差
8、式密度计技术参数项目参数密度测量范围02 g/cm(02000 kg/m)/03 g/cm(03000 kg/m)测量精度液体分辨率温度输出范围输出信号电源接液材质环境温度湿度范围0.005 g/cm(5 kg/m)0.000 5 g/cm(0.5 kg/m)0100420 mADC 1630 V,推荐使用 DC 24 V316L不锈钢-10+60 090%图6 压差式密度计测量膜片形变的大小和差压值成正比,通过差动调制电路能够输出与差压值成线性的电压信号。电压信号经终端设备根据截至在一定垂直距离上的差压值计算出介质的密度。该型密度计具有抗振动、测量误差小、维护简单等特点。压差式密度计工作原理
9、见图7。GB-DMP型压差式密度计(图8)技术参数见表3,HMD型压差式密度计(图9)技术参数见表4。2.4选型确定固井水泥车密度计最早期采用的是放射性同位素密度计,测量参数单一、精度不高,而且需要反复进行标定。除此之外,由于放射源的存在,使用和管理成本高,安全环保隐患较大。压差式密度计受限于水泥车结构以及混浆时液体搅拌过程中浆体波动上下不均匀,监测值受影响,确定应用振动式密设计研究图9 HMD型压差式密度计表4HMD型压差式密度计技术参数项目密度测量范围测量精度液体分辨率温度输出范围输出信号电源环境温度湿度范围参数05 g/cm(05000 kg/m)0.001 g/cm(1 kg/m)0.
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