科里奥利质量流量计在钻井液密度在线测量中的应用.pdf

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石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年3月第35卷第3期
Journal of Oil and Gas Technology (J JP1)Mar 2013 Vol 35 No. 3
科里奥利质量流量计在钻井液密度
在线测量中的应用
王忠杰,刘保双,马云谦(中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017)
[摘要]通过优选科里奥利质量流量计,设计和选择相关辅助设备并组装成钻井液密度在线测量装置,对
该装置进行了一系列室内测试和现场评价。结果表明:所研制的测量装置具有良好的精密性、准确性、
稳定性和可靠性,可实现钻井液密度的实时在线测量,适合于钻井现场使用。
关键词]科里奥利质量流量计;钻井液;密度;在线测量
[中图分类号]TE927
[文献标志码]A[文章编号]1000-9752(2013)03-0156-03
钴井液密度在线测量仪器的选型应充分考虑到钻井液腐蚀、磨蚀、悬浮固体颗粒的沉积、结垢等各
种因素,必须保证实时测量数据的准确性和连续性,要求具有可靠性高、寿命长、精度高、适用于现场
恶劣环境等特点別。
科里奥利质量流量计具有结构简单、性能稳定、准确度高、测量密度范围宽,尤其在相对恶劣的环
境中受到影响较小,适合测量现场钻井液密度2~。
科里奥利质量流量计具有以下优点:①真正实现了高精度的直接质量流量测量;②可以测量的流体
介质范围广,包括高粘度液体、含有固体物的浆液、高压高密度气体;③测量管振幅小,可视作非活动
件,测量管路内无阻碍件,便于清洗;④多参数测量(质量流量、密度、温度)。诸多优点使其成为最
有前途的直接式质量流量计
1科里奧利质量流量计工作原理
科里奥利质量流量计的工作原理都是基于振动体(元件)的振动频率与其密度间的关系。当振动管
的几何尺寸、形状和材质一定时,振动频率仅由振动系统的质量决定(见式(1)),而流经振动管内的
定容积的流体质量则是由其密度大小决定(见式(2),即密度变化将改变振动管的固有振动频率
具体来说,振动系统的振动频率和管内流体密度的平方根成正比,通过测量振动频率可得流体密度。
式中:/为振动管内有、无流体流过时的振动频率;k为由振动模式决定的常数;E为振动体弹性模量;I为
振动体倔强系数;m为振动系统(包括振动体与流体介质)的质量;P为流体密度;A为振动管横截面积;
I.为振动管长度。
2科里奧利质量流量计选型
科里奥利质量流量计形式多样,按测量管形状可分为弯曲形与直形,按测量管段数可分为单管型与
双管型,按双管型测量管的连接方式可分为并联型及串联型,按测量管流动方向和工艺管道流动方向布
置方式可分为平行方式及垂直方式。兼顾流体介质(钴井液特性)和钻井现场环境2个方面,在线测量
系统选择双管串联型科里奧利质量流量计。
[收稿日期]2013-91-22
[基金项目]中国石油化工集团公司研究项目(JP10009);“863”计项目(2013AA064702
作者简介]王忠杰(1972-),男,1992年石油大学毕业,工程师,现主要从事井液方面的研究工作
第35卷第3期
王忠杰等:科里哭利质量流量计在钻井液密度在线测置中的应用
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3钻井液密度在线测量装置的研制
以优选后的科科里奧利质量流量计作为钻
背压阀
井液密度在线测量的仪表,设计和选择其余部
件,研制出钻井液密度在线测量装置,其中缓
冲器用于减小流体压力波动;背压阀和脉动阻
压器配合使用,减小流速波动的峰值,保护流
体对科里奥利流量计不产生压力波动的冲击?杆总成ノ冲器
质量流量计
科里奥利质量流量计用于测量钻井液密度,如
图1所示。
图1钻井液密度在线测量装置示意图
4钻井液密度在线测量装置性能测试
科里奥利质量流量计在实际应用中受到自:10
身材质、测试条件及现场环境(如温度、工艺
介质压力、管线振动、机械应力等)影响。对
图1所示的钴井液密度在线测量装置进行一系8,05
列室内测试和现场评价,考察该装置的精密度、「
1.00
准确度、实时检测能力及现场测试能力
1)精密度评价用钠基膨润土配制
密度:测点数n=7695;平均值=1.030gcmP;
标准偏差o=0.0031g(cr
1.03g/cm2的钻井液进行循环测试,每秒钟自1501150o146o1515o15:右。oの161o
动记录一个密度值,结果如图2和表1所示。
时间
共测定7695个点,统计计算得到平均值为
图2用密度1.03g/cm3的钻井液捡验仪器的精密度试验结果
1.030g/cm3,标准偏差0.0031g/cm2。
2)准礦度检验为了检验测量裝置的准确表1用密,03g/Cπ的钻井液检验的置信区间与置信度
度,将在线测量结果与常规钻井液密度计测量
误差分布
置信区间
置信度/%
结果进行对比。首先配制具有一定凝胶强度的
1.030士co
1.030士0.0031
钻井液,分次加人一定量重晶石,待稳定后用
1.0300.0062
99.50
APⅠ规定的钻井液密度测量方法进行测量,并
1.030士0.0093
99.70
记录钻井液密度在线测量装置一段时间的平均
值,结果见表2。不难看出,二者误差在0.01g/cm2以内;?另外从图3中可以看出,2种测量方法的线
性相关系数非常接近于1。可见该测量装置具有较高的准确度。
表2不同密度钴井液在线测量与常规方法所得结果
常规密度计
在线密度计
偏差
常规密度计
在线密度计
偏差
测量结果/(g?cmn-3)测量结果/(g?m-3)/(g?cm3)测量结果/(g?cm-3)测量结果/(g?cm-3)/(g?cm-3)
1.01
1,30
1.306
0.006
1.04
0.006
1.37
1.368
0.005
1.658
0.002
0.001
78
1.770
0,010
3)实时检测能力考察图4是钻井液加重过程的实时检测结果。该仪器除了实时测量钻井液的密
度,还能实时测量温度,记录间隔为1s。