时间:2022-08-29 04:59:24
摘要 在钻井修井过程中泥浆作为一种剂和降温剂是必不可少的,在钻修井机模块中泥浆池是不可替代的一个重要部分,而在泥浆回流和配置泥浆时泥浆池的液位监控就显得十分重要。泥浆池液位监控目前常用的方式有两种,一种是浮子式,以浮球液位计最为常见;另一种是最为流行的超声波式,他利用超声波回声定位技术反应出液位的高低,不与介质接触。
关键词: 浮球液位计 超声波液位计 泥浆池 模块钻机
中图分类号: S611 文献标识码: A
Abstract: in the process of drilling and workover slurry as a lubricant and cooling agent is indispensable, mud pools in the drilling and workover desktop module is an important part of the irreplaceable, in the mud flow and configuration of mud mud pools of liquid level monitoring is very important. Mud pools liquid level monitor is commonly used in one of two ways, one is float type, to float liquid level gauge is the most common; Another kind is the most popular ultrasonic type, he took advantage of the ultrasonic echo positioning technology reflects the level of high and low, is not in contact with the medium.
Keywords: float liquid level gauge of ultrasonic level meter module drilling rig mud pool
在模块钻机工艺系统中泥浆的主要流程是从泥浆池到泥浆泵,再到高压管汇经水龙带到钻井杆,然后从井底沿套管反倒喇叭口进入泥浆返回槽,最后经泥浆处理系统合格的泥浆再返回到泥浆池。泥浆在整个钻井过程中起到的作用有:一、作用,减少钻杆与套管的摩擦和钻头与岩石的摩擦;二、冷却剂的作用,钻头在钻井的过程中产生大量的热通过泥浆来冷却钻头;三、泥浆能监测地下情况,当地下压力过大返回的泥浆就会突然增多,说明地下压力过大,如果地下压力达到一定程度就会发生井喷事故,需要采取措施处理;若返回的泥浆减少则说明地下有空洞,发生井漏的情况。由此可见泥浆在钻井过程中的重要性,而对泥浆的监控更显得尤为重要。
模块钻机早期对泥浆池液位的监视是通过一个标尺,通过巡检人员来观察泥浆的液位。随着技术的发展,浮球液位计开始应用于泥浆池。浮球液位计的应用为巡检人员减轻了作业负担。浮球液位计是利用浮力的原理,浮力F=ρgV排,浮球重力G=mg=ρVg。浮球整体的密度小于泥浆的最小密度就能保证浮球浮在液面上,浮球随着液面的变化而变化,浮球所在位置就是液面的高度。浮球液位计由浮球、插杆、信号处理单元等组成。浮球液位计通过采用顶置安装,通过法兰与被测容器连接,浮球浮于液面,当容器的液位变化时浮球也随之上下移动。浮球内部中空填带有磁铁块,浮球的磁力作用于临近的干簧,浮球液位计的干簧受磁性吸合改变整个传感器回路的电流,信号处理单位将传感器的信号变为4~20mA的标准信号,把液面的变化范围和4~20mA的标准信号成比例线性关系,通过显示仪表用数字显示液体的实际位置,浮球液位计从而达到液面的远距离检测和控制。浮球式液位计具体结构和工作原理如下。
浮球液位计示意图
浮球液位计在泥浆池内通常采用法兰顶装式安装(如上图)。泥浆池顶部布有搅拌器并盖有格栅板,为了避免搅拌器对液位的影响通常将液位计布置在靠近罐壁的位置,在格栅板上割出一个圆形孔,将液位计支架底座焊接在格栅板上,再将液位计插入泥浆池,通过底座法兰固定。液位计在订货时需要确定如下技术参数:
测量范围:0~5000mm
供电电压:24V DC
输出信号:两线制标准4~20mA;
负载电阻:250Ω
测量精度:不小于±10mm
环境温度:-40~80℃
工作温度:-20~120℃
法兰标准:A:RF1.5inch 150LB 球φ90
介质密度:1.3g/cm3
介质粘度:不大于0.001PaS
接液材质:不锈钢
防爆等级:Ex dⅡBT4
防护等级:IP56
浮球液位计的特点是结构简单、安装方便、维护方便、耐腐蚀、无需电源、防爆;其缺点是如果泥浆内有小的沙粒等硬杂质进入泥浆会使浮球卡死,液位计失效。
随着技术的不断发展,电子产品的价格越来越低,一种新型液位计应用于模块钻井,例如是超声波液位计。超声波液位计是一种非接触式的液位计,不与介质接触不会发生腐蚀和卡塞现象,因而近几年超声波液位计的使用非常广泛。
超声波液位计工作原理和蝙蝠的回声定位一样,是由超声波换能器(探头)发出高频脉冲超声波遇到被测物位表面被反射折回,反射回波被换能器接收再转换成电信号,原理图如下。声波的传播时间与声波发出到物体表面的距离成正比,声波传输距离S与声速V和声传输时间t的关系可用公式表示:S=V*t。液面到探头之间的距离是声波传输距离的一半即液面高度H=S/2=V*t/2,当环境条件不变的情况下声波的速度是恒定不变的。液面高度H和声波返回时间成正比。通过声波返回时间就能直接反应出液面的高度。通过信号处理,变送器转化为4~20mA标准信号,为提高测量精度在信号处理单元里增加温度补偿装置、自动功率调整、增益控制,避免了因环境变化声速不同而产生的误差,提高了测量精度。
超声波液位计目前多采用两线制24V直流电源。二线制为供电与信号输出共用,这样敷设电缆简单,在泥浆控制系统中所有的控制信号都进入数据采集器DAQ,经DAQ处理后作出相应的动作。超声波液位计不直接控制或驱动设备一般不会采用单独供电。
超声波液位计原理图
安装超声波液位计时必须考虑超声波液位计的盲区问题。超声波的盲区一般在30-50cm,测量范围较小的超声波液位计如范围在60cm以内的,他的盲区大约在3-5cm,当液位进入盲区后,超声波变送器就无法测量液位了,所以在确定超声波液位计的量程时,必须留出盲区的余量。泥浆模块液位计安装时,变送器探头必须高出最高液位50cm左右。这样才能保证对液位的准确监测及保证超声波液位计的安全。
超声波液位计安装使用时,要考虑充分,避免安装时考虑不周,液位计被水淹没,致使液位计完全损坏。
超声波液位计在订货时需要确定如下技术参数:
量程:0.3~5m,0.3~8m,0.5~12m
盲区:
发射角:12° 最小显示分辨率:1mm
精度:±0.3%×量程
显示:四位八段:0.5英寸LCD
工作频率 :20 KHz~43.0KHz(因型号规格而不同)
现场设置:通过物位仪按键完成 标定:出厂标定,可现场校准
模拟输出信号:4~20mA负载>300Ω;0~5V;1~5V
工作电压:DC12―24V
安装方式:外直管螺纹M65×1.5
防护等级:IP65
温度:-10℃~60℃
目前根据对两种类型的液位计的对比分析,以及现场操作人员的反馈,使用超声波液位计更有优势。此外因为超声波液位计安装、维护方便,精度高,价格较浮球式液位计没有太大的差别,所以采用超声波液位计更是大势所趋。