電磁泥漿流量計(jì)在油田固井的開發(fā)應(yīng)用

摘要：基于目前油田固井泥漿流量計(jì)在實(shí)際施工應(yīng)用過程中存在的缺陷問題，文章分析了固井泥漿流量計(jì)的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀以及新型固井泥漿流量計(jì)軟硬件的開發(fā)技術(shù)，并根據(jù)測(cè)量應(yīng)用實(shí)例闡述了設(shè)備應(yīng)用要點(diǎn)。其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明，新型泥漿流量計(jì)在固井建設(shè)中應(yīng)用效果，是在優(yōu)化流量計(jì)軟硬件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的控制效果下提供保障的。
隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，油田資源的開發(fā)建設(shè)對(duì)固井泥漿流量計(jì)的應(yīng)用效果需求越來越大。然而，受泥漿攜帶雜物以及固井泥漿流量計(jì)自身物理性質(zhì)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(duì)這一問題，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從固井泥漿流量計(jì)的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，并將新型固井泥漿流量計(jì)的軟硬件開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐，從而提高油田固井控制泥漿流量的效率。這是實(shí)現(xiàn)油田行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展目標(biāo)的重要課題內(nèi)容，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來。
1、固井泥漿流量計(jì)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(diǎn)，這就給檢測(cè)儀器和檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用帶來一定影響。
具體來說，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)具有較高的計(jì)量精度，但其對(duì)外界環(huán)境的振動(dòng)感知能力較高且耐壓性能不高，因此，相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行的固定安裝施工需要面臨設(shè)備失效風(fēng)險(xiǎn)。與科里奧利質(zhì)量流量計(jì)相同，超聲流量計(jì)也受物理性質(zhì)和成份問題影響，這就使其在實(shí)際固井施工中的推廣十分困難。為此，各個(gè)固井油田的開發(fā)建設(shè)采用渦輪流量計(jì)來進(jìn)行固井泥漿流量的現(xiàn)場測(cè)量，然而，雖然其精度為 3%的流量滿足設(shè)計(jì)使用需求，但該設(shè)備會(huì)受泥漿雜物的影響而出現(xiàn)卡堵現(xiàn)象。與此同時(shí)，渦輪流量計(jì)對(duì)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(cè)量的工作效率。隨著我國油田開發(fā)力度的不斷加大，對(duì)泥漿流量測(cè)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(jì)的開發(fā)應(yīng)用研究力度，從而提高測(cè)量施工現(xiàn)場泥漿流量的準(zhǔn)確性。
2、新型固井泥漿流量計(jì)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(jì)軟件系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，就是采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量模塊、控制模塊、空管檢測(cè)模塊以及解析軟件的作用目標(biāo)。其中測(cè)量模塊主要作用于泥漿流量測(cè)量信號(hào)的調(diào)整，從而計(jì)算泥漿的流速、累計(jì)流量和瞬時(shí)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(shí)現(xiàn)流量信號(hào)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(cè)模塊用于設(shè)定使用實(shí)際環(huán)境的地磁幅值，檢測(cè)測(cè)量管是否處于空管狀態(tài)。解析軟件則用于將計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)生成固井施工所需的各種報(bào)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(jì)的硬件部分是由電源電路、傳感器、信號(hào)采集處理電路、勵(lì)磁電路以及接口電路共同組成。如圖 1 所示，為電磁流量計(jì)硬件總體結(jié)構(gòu)。

圖中的勵(lì)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(jī) MSP430F2418 定時(shí)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(shí)現(xiàn)了泥漿流量計(jì)使用的通斷功能。另一個(gè)電路 DH902 是恒流管，其為設(shè)備使用提供恒定的勵(lì)磁電流。具體來說，當(dāng) MCU 定時(shí)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(lì)磁電流的幅值，進(jìn)而產(chǎn)出雙頻矩形波。如圖 2 所示，為電磁泥漿流量計(jì)勵(lì)磁電路圖。

而對(duì)于信號(hào)調(diào)理電路來說，當(dāng)電*輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)為微伏，甚至是毫伏級(jí)交變信號(hào)時(shí)，技術(shù)人員就能通過濾波除去部分的高頻信號(hào)。這樣一來，就能利用高阻抗放大器對(duì)其進(jìn)行放大，從而從兩級(jí)帶通濾波器中取出高頻和低頻信號(hào)。
3、新型固井泥漿流量計(jì)應(yīng)用實(shí)例
以內(nèi)徑為 DN50 的電磁泥漿流量計(jì)應(yīng)用固井測(cè)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(cè)量人員要將其與串接的渦輪流量計(jì)進(jìn)行分析比較，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量罐測(cè)試的準(zhǔn)確性目標(biāo)。設(shè)備應(yīng)用人員將計(jì)量鉆井泥漿的密度范圍控制在 1.15~2.50 g/cm3之間，而對(duì)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(shí)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(jì)量罐、電磁流量計(jì)以及渦輪流量計(jì)的數(shù)據(jù)對(duì)比。

表中 12 口固井進(jìn)行泥漿流量計(jì)測(cè)量應(yīng)用結(jié)果可以看出，儀表計(jì)量誤差小于 1%，且在流速 2.0 m/s以下，測(cè)試的流量越少其可能帶來的誤差影響就越高。當(dāng)測(cè)試流量處在 1.0 m/s 上下時(shí)，計(jì)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(jì)的使用誤差是由于零點(diǎn)漂移引起的，這就與室內(nèi)試驗(yàn)的清水標(biāo)定結(jié)果相一致。而 DN50 測(cè)量管的使用，則應(yīng)采用雙頻矩形波作為實(shí)際作用的勵(lì)磁信號(hào)。這樣一來，就能有效避免或防止固井泥漿的流動(dòng)噪聲或是作業(yè)現(xiàn)場的機(jī)械振動(dòng)問題，對(duì)計(jì)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(jì)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(cè)量的精度。為此，研究人員應(yīng)在明確固井電磁泥漿流量計(jì)軟硬件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)后，將其作用于實(shí)踐。事實(shí)證明，泥漿流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性與流速、流量大小有關(guān)，即測(cè)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(diǎn)漂移引起的。由此可見，電磁泥漿流量計(jì)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(duì)測(cè)量精度結(jié)果的影響。