影響固井水泥車混漿自控系統密度檢測精度的因素分析

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)

影響固井水泥車混漿自控系統密度檢測精度的因素分析

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)

固井水泥車是完成固井施工的核心設備，設備的使用及混漿密度的檢測與控制直接影響的混漿質量和水泥漿凝固后的膠結質量。混漿系統密度傳感器采用科氏力質量流量計實現水泥漿密度的檢測，由于使用環境的影響，對水泥漿密度檢測精度產生一定的誤差。本文就科氏力質量流量計應用于固井水泥車混漿系統檢測水泥漿密度精度的影響因素進行分析，探討提高檢測精度的途徑。

科氏力質量流量計；固井車密度檢測；影響因素；消減措施

1 科氏力質量流量計檢測流體密度的原理

科氏力質量流量計是根據科里奧利力原理制造的一種新型的在線直接測量封閉管道內流體質量流量的測量儀表，其結構一般由信號測量傳感器和信號轉換器兩部分組成。

工作原理是測量管連續地以一定的振動頻率進行振動，振動頻率隨流體的密度變化而變化，因此振動頻率是流體密度的函數，通過測量振動頻率即可獲得流體的密度。

流體密度與流量管的振動頻率周期有如下數學關系表達式：

2 固井水泥車混漿系統在線密度檢測

隨著技術的進步，監測系統的不斷發展與成熟，固井水泥車已逐步推廣應用監控系統，提高了水泥車的自動監控程度。

混漿罐內水泥漿通過灌注泵出口進行三路分流，一路進行混漿二次循環為混合器提供動能，另一路流經科氏力質量流量計進行在線密度檢測，再一路通過三缸柱塞泵吸入管路由柱塞泵排出。

固井水泥車所應用的科氏力質量流量計在線檢測水泥漿密度的工作過程：驅動線圈產生一個固有的振蕩頻率，驅動流量管產生同步振動，檢測線圈檢測流體流經流量管時的振動頻率的變化，由此測定流經流量管的流體密度。

流量管以固有的頻率在相反的方向振動，當流體的密度變化時，將引起流體的質量流速的變化，探測器輸出的電壓信號頻率也發生變化，通過測量探測器的信號頻率就可以決定流量管中流體的密度，計算公式如下：

式中ρ—流體的密度，g/cm3；

f—流量管的頻率，Hz；

k1，k2—標定常數。

密度ρ的標定常數k1，k2是在出廠時已經標定完成的，所以流體密度ρ只與流體流經流量管時管的的振動頻率有關，隨著流體密度升高，流量管的振動頻率也相應降低。

3 影響科氏力質量流量計檢測水泥漿密度的因素

科氏力質量流量計是當前一種較好的在線流量測量儀表，但是使用環境對其檢測精度的影響比較大，對于磁場、振動、流體壓力、流量的變化都比較敏感，固井施工作業又是一個復雜的環境，因此，現場應用過程中存在流體測量密度偏差過大的現象，很難實現自動混漿控制的使用。

固井施工現場對科氏力質量流量計影響因素主要體現以下方面：

（1）振動影響：設備運行過程中產生很大的振動，比如：發動機、變速器、傳動軸、三缸柱塞泵等。

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

（3）電磁影響：施工現場存在高壓線路、電磁設備，比如：井隊的高壓電器、大功率電動機、發電機等。

（4）溫度影響：環境溫度、流體溫度的影響，比如：冬季施工環境溫度較低，而使用的流體溫度又較高，形成較大的溫差。

（5）流量影響：流過流量管的流體流量的不穩定，引起管內流體的流動阻力發生變化。

（6）壓力影響：流過流量管的流體壓力的不穩定，引起流量管振動頻率發生變化。

（7）多相流影響：流過流量管的流體內含有氣體，氣液兩相的結合緩沖了流量管的振動，要求驅動線路輸出更多的能量來保持流量管的振動。由于傳感器本身安全的限制，供給驅動管的電流大小也受到限制。一旦儀表發生了這種現象，儀表將無法測量。

（8）安裝影響：進口安裝長度的不合理，安裝方法不對、儀器懸空無固定等對檢測產生干擾；

（9）標定影響：標定方法、溫度、介質、環境等影響檢測精度。

4 抑制固井水泥車科氏力質量流量計影響水泥漿密度檢測因素的措施

結合固井水泥車現場應用的情況，將影響因素歸結如下：

（1）采取電磁屏蔽措施對現場電磁進行屏蔽，消除電磁的干擾，施工車輛遠離配電柜、高壓線等電磁場所。

（2）對流量管的入口加裝流體脈動緩沖裝置，消除三缸柱塞泵工作過程中產生的脈動干擾；

（3）控制流經流量管的流體的流量，消除紊流狀態所產生雙相流的干擾。

（4）施工過程中保持三缸柱塞泵的工作穩定性，保持流體流量的恒定。

（5）密度的校準應該在固井水泥車完全工作的狀態下采用工作介質進行校準，消除介質不同和溫度的影響。

（6）施工完成及時清洗流量管，定期清除管壁膠結物。

（7）施工過程中抑制混漿過程水泥漿的發泡現象的發生。

通過上述措施，可以極大消除影響水泥漿密度的檢測精度的干擾因素，提高對水泥漿密度的檢測精度，使水泥車的自控系統有效的發揮，提高混漿質量。

[1]紀綱.流量測量儀表應用技巧.化學工業出版社.2009年7月.

[2]王曉梅，馬桂榮，楊鐵嶺.Micro Motion質量流量計故障的排除方法.《工業計量》–2005.

舒彤（1974-），男，漢族，大慶鉆探鉆技一公司，工程師，本科學歷，石油鉆井與完井工程。