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电磁流量计在西北油田钻井施工现场的应用试验

来源:作者:发表时间:2017-09-19 09:42:40

 摘要:石油钻探过程中,井控工作关乎人员、设备、生产安全,及时、精确发现溢流是井控安全预防的关键。为探索新的溢流发现模式并消除制约溢流精确发现的各类影响因素,因此在西北油田钻井施工现场进行了电磁流量计应用试验,试验结果表明,电磁流量计准确度高、时效性强,在现有的施工条件下,具备较好的应用推广前景。

 
        目前,现场发现溢流主要的方式是利用安装在钻井液出口处高架槽上的和钻井液循环罐处的超声波液位传感器,传感器录取到的数据计算溢流量,通过设置报警门限实现自动报警。但由于出口处和钻井液循环罐存在液面波动,加之地层流体进入井筒不易识别等多方面原因,传统的监测方式已不能满足现场施工需求。通过前期调研,发现电磁流量计具备许多独特优势,本文将结合现场试验实际情况对该设备应用效果进行着重介绍。
 
1 电磁流量计的工作原理及主要特点
        (1)工作原理。电磁流量计依照法拉第电磁感应定律进行工作,即导体在磁场中切割磁力线其两端产生感应电动势,由此推导出相应流体的体积流量Q。
        Q=(Πd/4B)·U
        式中:U——感应电压,V;
        B——磁感应强度,T;
        d——管道内径,mm;
 
        由上式可知,体积流量Q不受流体温度、压力、密度和电导率变化的影响,因此在复杂的钻井液环境当中,电磁流量计具有较强适应性。
 
        (2)系统组成。硬件部分主要包括:电磁流量计2个,脱气器、沉砂助推器各1台,防暴控制柜、采集机柜各1个,工控机1套。
        (3)工作特点。1)监测必要条件:电磁流量计需管线内流体满管,且电磁流量计前后要保持5D、3D(D为电磁流量计直径)的直管段。2)自动监测报警:选取入口流量和出口流量的差值设置报警门限,入口大于出口为漏失,入口小于出口为溢流。当二者差值超过报警门限,系统显示报警。
 
2 试验前期准备
        在西北油田XB08井检验电磁流量计监控系统功能,同时,为不影响正常钻井施工,出、入口处均安装三通,一旦系统出现异常,可以迅速恢复正常生产。
        (1)入口流量计安装。入口流量计安装在钻井液上水罐和钻井液泵之间管线上,为了满足电磁流量计满管测量要求,流量计外观设计为U型管,因此在入口处需挖出长×宽×高=3m×1.8m×3.3m的深槽。
 
        (2)出口流量计安装。出口流量计安装在防溢管和缓冲槽之间,为了满足电磁流量计满管测量要求,也设计为U型管。
        (3)干扰因素排除。为了减少气体对电磁流量计监测可能产生的影响,在U型管顶端安装脱气器;为防止U型管底部出现沉砂,安装防沉砂助推器。
 
3 试验内容
        (1)试验条件。试验进行时,XB08正处在奥陶系灰岩地层钻进施工,当时井深:6193.00m,钻进期间采用低固相聚璜钻井液体系,钻井液密度为:1.17g/cm 3 。
 
        (2)设备标定检查。调试进、出口流量计、采集机柜、电脑和实际泵排量一致。接下来,通过调节钻井排量参数,检查电磁流量计监测结果与实际泵排量的误差:通过检查,标定后的电磁流量计运行过程中与实际泵排量误差较小(5次排量调节最大误差2.76%,平均误差0.95%),其监测数据准确性可以得到保证。
        
        (3)试验步骤。1)溢流模拟:调节入口管线三通处阀门,使经过入口处电磁流量计的流量从大变小,出口流量保持不变,模拟溢流,观察系统报警情况。2)脱气器试验:打开和关闭脱气器,对比出口处电磁流量计监测数据的变化,分析气体对电磁流量计的影响。3)气侵模拟:从钻井井口四通阀门间歇性注气(8MPa氮气)模拟地层气体逸出井口,观察电磁流量计能否做出有效识别。
 
        (4)试验效果如表1。
电磁流量计试验效果统计表
4 结束语
        (1)电磁流量计调试好后,录取数据与实际数值误差较小,录取数据准确;
        (2)正常情况下,低固相聚璜钻井液体系中的气体对监测数据无较大影响;
        (3)监测系统反应灵敏,流量异常数据终端及时响应;地层气体逸出,可清晰分辨;
        (4)目前,电磁流量计系统运行稳定性尚未得到论证;钻井液中固相对监测数据的影响程度和沉砂助推器的工作效果有待进一步观察。