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浅谈电磁流量计在录井中的应用

发布时间:2017-10-21
 

进口流量是录井仪中一个非常重要的参数,通过它与其他参数的配合,可以对钻井工程、地质进行预报和分析。在国内外众多的录井仪器中,对进口流量的监测大多使用泵冲检测方式,而川南地质录井公司多年来却坚持用电磁流量计来测量进口流量,实践证明其使用效果很好,深受钻井工程方面的欢迎,有必要在一些深井、重点探井或钻井周期较长的井推广应用。
一、泵冲检测与电磁流量计的利弊分析
1、泵冲传感器安装在泥浆泵上,通过测量泥浆泵活塞冲数,换算后达到测量泥浆钻井液的目的。泵冲检测方式便于安装和拆卸,成本低,传感器本身可靠性高,适用于钻井周期短的井。
使用泵冲检测的缺点是:
(1)由于它是间接测量流量,当泥浆泵上水不好或其它机械事故,按照泵冲计算流量必然严重失真。
(2)进口流量的不直观,必然影响我们对资料的分析。
2、电磁流量计安装在进口高压管线上,通过电磁感应的原理,直接测量流量。因此,其安装相对较困难,技术条件要求高,有时还需要对井队进口管线(立管)进行改造、焊接专用接头这容易引起井队的不满。其优点是:
(1)传感器稳定性较好,灵敏度较高(注:我公司使用的是金湖凯铭仪表厂生产的电磁流量计),从几年的使用统计资料看,其变送器不易损坏,转换器故障率一般为0.5次/井。
(2)数据直观,与出口,流量相对比,有利于我们对地质、工程事故的预报和分析。
(3)它适用于深井及钻井周期较长的探井。
二、电磁流量计的测量原理简介
电磁流量的测量原理很简单,其电磁流量变送器是根据法拉第电磁感应定律而制成。在被测管道上安有一对马鞍型线圈,通以50Hz交流电,形成交变磁场。当液体通过管道时切割磁力线,在其与运动方向和磁力线都垂直的方向上产生一感应,电势测量液体切割磁力线的大小,使流量转换成与之成正比的感应电动势。
应用这种原理,测得的流量准确性较高,它同时可检测出泥浆泵性能及上水性能的好坏。
三、电磁流量计在录井中的应用优势
由于电磁流量计测量进口流量的直观性和准确性,在实际应用中,它配合其它参数,对钻井工程及油气层的发现显示了其特有的作用。    
1、对迟到时间的准确计算
那么相对某一井深或某一井段的迟到时间,则主要与入口排量有关,为了准确获得岩屑返出时间,必须测准进口流量。钻井过程中,入口流量又与下述因素相关:开泵数量、泥浆泵缸套内径的大小、缸套活塞及凡尔座等是否磨损刺漏、泵的上水效率如何等。 上述条件在钻进中随时都可能改变,录井人员很难及时了解到,所以仅靠测量泵冲数来计算入口排量很难获得真实的入口流量。
2、井喷、井涌、井漏的预报
井喷、井涌征兆在流量上表现为:出口流量的增大;井漏表现为出口流量减小。而出口流量的增减是相对进口流量而言。因此,准确识别出口流量变化幅度,对及时发现井涌、井喷及井漏征兆,避免这类事故的发生是十分有利的。进口流量的准确测量对油气层的发现也极为有利。
3、特殊作业时对进口流的监测
实例:HL4井,井深4045,层位龙潭组,依靠井下动力,定向造斜,要求进口流量必须达到17L/s,当时,从泵冲看,完全能满足要求,因此井队要求进行施工,但录井仪上排量显示仅为8L/s左右,根本无法施工,要求井队检查设备,打开泥浆泵才发现,泥浆泵凡尔内套均有损坏,只有少量泥浆进入井内。
从该实例来看,由于一些特殊作业对排量要求严格,如果当时没有电磁流量计,仅看泵冲的显示进行施工,必然会造成井下事故。
4、钻头喷咀脱落或堵塞的检测
钻头喷咀脱落,录井检测特征为泵压突然下降到一定值,进、出口流量随之有所增大,流量的增加并非是人为的,而是钻头压降减少后循环系统压力降低导致泥浆泵的负荷减小所致,所以排量的增加是微小的,如从泵冲数的变化上看,不易判断清楚,而电磁流量计却能直观地显示其变化量,有利于对异常情况的判断。
钻头喷咀堵塞,录井显示为泵压迅速递增,入、出口流量随之减小,如果三个喷咀全部堵死,将可能造成憋泵现象,所以应及时监测,及早发现和预报。
5、对钻具刺漏的预报
通过实测进口流量的细微变化,能准确判别钻具刺漏现象;因钻具刺漏形成的排量变化,由泵冲检测来判断则很不明显,难以及时把握。
由于H2S含量较重,钻具刺漏在四川碳酸盐岩盆地比较普遍。钻具刺漏主要表现为:泵压缓慢下降,进口、出口流量随之相对增大。
实例:HX1井,1994月10月8日15:30,下钻至井,2107.6.m,泵压15.8MPa,至10月9日18:00泵压开始缓慢下降(其间修泵4次),至19:00泵压由15.6↘14.5MPa。进口流量44.5↗46.1/s,出口流量45.5↗54.31s,录井人员预报钻具刺漏,但井队估计泥浆泵上水不好,停钻修泵。20:00开泵钻进,泵压,15.7↘14.9MPa,出入口流量略有上升,之后,泵压保持14.9MPa,直至23:38,,由于泵压不再下降,井队认为钻具刺漏可能性小,此时,入口流量由43.0↗45.71/s,录井人员坚持认为是钻具刺漏,再次预报,于10月10日0:32井队起钻检查发现第二柱钻挺上中单根丝扣刺坏,刺处以下钻具掉入井内,捞起落鱼后检查出第三柱钻挺上单根与中单根接头处丝扣刺坏。
6、对水力学参数的影响
在高压喷射钻井理论中,水力参数的优化设计和优选,最主要的两个参数是泵排量和钻头喷咀直径,其核心目的是获得最大的钻头水功率,发挥水力冲击破碎岩石和净化井底的作用,从而提高机械钻速。设计方法有最大冲击力和最大钻头水功率两种,但不论用哪种方法,都必须尽量提高钻头压力降在泵总功率中的比例,降低循环压耗。
由上述三个公式可以看出,压力降与Q1.80成正比,水功率与Q3成正比。排量增加,循环系统的压耗和功率损失也增加。那么在钻头下井前,优化设计必须考虑的是,在泥浆泵允许的输出功率、泵压条件及不低于携带岩屑上返的最小排量的前提下,合理选配泵排量和钻头喷咀直径的组合。当钻头下井后,根据实际需要,能够调整的只有入口流量这一参数。录井中,水力学数据报告和钻头数据报告中的钻具、环空压耗及钻头压力损失数值,均由入口流量计算而获得,所以入口流量是实时监测高压喷射钻井效果的最重要参数,其检测值的准确与否,直接影响到多项录井资料的准确程度。
四、电磁流量计的维护与保养
由于电磁流量计安装困难,因此,在录井中对电磁流量计的维护与保养十分重要。一般电磁流量转换器要求不要用水冲洗,以免进水,安装时,检查其绝缘层胶是否完好,一旦有损坏必须换新的变送器,或更换衬胶,电磁流量转换器要注意密封,不能进水 接线要确保可靠,不氧化、不受潮,不被腐蚀气体腐蚀。