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概述新型固井泥漿流量計的開發(fā)及應(yīng)用

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　　什么是新型固井泥漿流量計？很多人肯定都有此疑問，從名字來看，它其實也就是固井泥漿專用流量計，是一種新開發(fā)的通用型性能高、低價實惠、可靠性極好，功能強大的電磁流量計。選用了國際上先進的半導(dǎo)體元器件廠商生產(chǎn)的新的集成電路及微處理器等，例如 Philips、Winbond、Xilinx 等。并且采用了先進的技術(shù)以及設(shè)備，使其更能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的變頻干擾，達到穩(wěn)定、正確的工作。
　　目前，隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展進程速度的不斷加快，油田資源的開發(fā)建設(shè)對固井泥漿流量計的應(yīng)用需求也越來越大。然而，受泥漿攜帶雜物以及固井泥漿流量計自身物理性質(zhì)以及成份涉及范圍較大影響，使其耐壓性能、精度以及固定安裝質(zhì)量很難得到有效控制。針對這一問題，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從固井泥漿流量計的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，并將新型固井泥漿流量計的軟硬件開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于實踐，從而提高油田固井控制泥漿流量的效率。
　　1、固井泥漿流量計的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀
　　研究表明，固井泥漿具有物理性質(zhì)及成份范圍涉及較大特點，這就給檢測儀器和檢測技術(shù)的應(yīng)用帶來一定影響。
　　具體來說，質(zhì)量流量計具有較高的計量精度，但其對外界環(huán)境的振動感知能力較高且耐壓性能不高，因此，相關(guān)人員對其進行的固定安裝施工需要面臨設(shè)備失效風(fēng)險。與質(zhì)量流量計相同，超聲流量計也受物理性質(zhì)和成份問題影響，這就使其在實際固井施工中的推廣十分困難。為此，各個固井油田的開發(fā)建設(shè)采用渦輪流量計來進行固井泥漿流量的現(xiàn)場測量，然而，雖然其精度為 3%的流量滿足設(shè)計使用需求，但該設(shè)備會受泥漿雜物的影響而出現(xiàn)卡堵現(xiàn)象。與此同時，渦輪流量計對軸承的沖洗保養(yǎng)需求較高，且使用耐久性十分有限，這就在很大程度上降低了固井泥漿流量測量的工作效率。隨著我國油田開發(fā)力度的不斷加大，對泥漿流量測量技術(shù)水平應(yīng)用的需求越來越大。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)加大新型泥漿流量計的開發(fā)應(yīng)用研究力度，從而提高測量施工現(xiàn)場泥漿流量的準(zhǔn)確性。因此最終還是采用了電磁流量計，用它來進行固井泥漿流量的現(xiàn)場測量。
　　2、新型固井泥漿流量計的軟硬件開發(fā)技術(shù)
　　2.1軟件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)
　　新型固井泥漿流量計軟件系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，就是采用模塊化設(shè)計方法，以實現(xiàn)測量模塊、控制模塊、空管檢測模塊以及解析軟件的作用目標(biāo)。其中測量模塊主要作用于泥漿流量測量信號的調(diào)整，從而計算泥漿的流速、累計流量和瞬時流量。而控制模塊，技術(shù)人員應(yīng)將其作為主儀表的主程序，以實現(xiàn)流量信號的收集和處理以及儀表參數(shù)設(shè)定狀態(tài)顯示等。空管檢測模塊用于設(shè)定使用實際環(huán)境的地磁幅值，檢測測量管是否處于空管狀態(tài)。解析軟件則用于將計量數(shù)據(jù)自動生成固井施工所需的各種報表和圖標(biāo)。
　　2.2硬件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)
　　新型固井電磁泥漿流量計的硬件部分是由電源電路、傳感器、信號采集處理電路、勵磁電路以及接口電路共同組成。如圖 1 所示，為電磁流量計硬件總體結(jié)構(gòu)。

　　圖中的勵磁電路工作內(nèi)容是控制儀表的工作磁場。其作用原理為：單片機 MSP430F2418 定時器產(chǎn)生了雙頻矩形波，并經(jīng)光耦隔離后與兩片場效應(yīng)管組成了開關(guān)電路，從而實現(xiàn)了泥漿流量計使用的通斷功能。另一個電路 DH902 是恒流管，其為設(shè)備使用提供恒定的勵磁電流。具體來說，當(dāng) MCU 定時器的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出后，經(jīng)過濾波就能有效控制勵磁電流的幅值，進而產(chǎn)出雙頻矩形波。如圖 2 所示，為電磁泥漿流量計勵磁電路圖。

　　而對于信號調(diào)理電路來說，當(dāng)電極輸出的感應(yīng)電動勢信號為微伏，甚至是毫伏級交變信號時，技術(shù)人員就能通過濾波除去部分的高頻信號。這樣一來，就能利用高阻抗放大器對其進行放大，從而從兩級帶通濾波器中取出高頻和低頻信號。
　　3、新型固井泥漿流量計應(yīng)用實例
　　以內(nèi)徑為 DN50 的電磁泥漿流量計應(yīng)用固井測量過程為例，技術(shù)應(yīng)用人員將高壓由壬接入泥漿管線。此過程，測量人員要將其與串接的渦輪流量計進行分析比較，以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)計量罐測試的準(zhǔn)確性目標(biāo)。設(shè)備應(yīng)用人員將計量鉆井泥漿的密度范圍控制在 1.15~2.50 g/cm3之間，而對于固井施工現(xiàn)場一次性替漿量，技術(shù)人員應(yīng)將其控制在 18~160 m3之間，替漿瞬時流量則應(yīng)控制在 0.2~2.8 m3/min 之間。如表 1 所示，為某固井采用計量罐、電磁流量計以及渦輪流量計的數(shù)據(jù)對比。

　　表中 12 口固井進行泥漿流量計測量應(yīng)用結(jié)果可以看出，儀表計量誤差小于 1%，且在流速 2.0 m/s以下，測試的流量越少其可能帶來的誤差影響就越高。當(dāng)測試流量處在 1.0 m/s 上下時，計量精度已經(jīng)降到了 3%。由此可以判斷，不同固井泥漿流量計的使用誤差是由于零點漂移引起的，這就與室內(nèi)試驗的清水標(biāo)定結(jié)果相一致。而 DN50 測量管的使用，則應(yīng)采用雙頻矩形波作為實際作用的勵磁信號。這樣一來，就能有效避免或防止固井泥漿的流動噪聲或是作業(yè)現(xiàn)場的機械振動問題，對計量泥漿流量的精度早晨影響。
　　綜上所述，新型固井泥漿流量計的開發(fā)應(yīng)用不僅能緩解石油資源開發(fā)建設(shè)的效率，還能提高泥漿量測量的精度。為此，研究人員應(yīng)在明確固井電磁泥漿流量計軟硬件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)后，將其作用于實踐。事實證明，泥漿流量計測量的準(zhǔn)確性與流速、流量大小有關(guān)，即測試的流量越少其可能帶來的誤差影響就越高。
　　此外，還有部分使用誤差是由于零點漂移引起的。由此可見，電磁泥漿流量計的應(yīng)用將在很大程度上降低施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜以及自身性能情況，對測量精度結(jié)果的影響。

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