摘要：在(zài)分析勵磁信(xìn)号對計量精(jīng)度影響的基(jī)礎上，針對固(gu)☀️井作業高密(mi)度、大排量泥(ni)漿管流場的(de)特點和施工(gōng)現🍉場的幹擾(rao)特征，提出了(le)一種新的勵(li)磁信号形式(shì)，提高泥漿的(de)計💋量精度🈲，并(bing)給出現場結(jie)果。
固井的目(mu)的就是使用(yong)水泥建立層(ceng)間封隔，首先(xiān)它必須能夠(gòu)有效地從井(jǐng)眼中清除鑽(zuàn)井液。在确保(bǎo)井下安全的(de)前提下，通過(guò)高壓壓入泥(ni)漿并控制施(shi)工流量，實❄️現(xian)有效驅替，提(ti)高所注水泥(ni)的頂替效率(lǜ)是避免鑽井(jǐng)液竄槽，保💃🏻證(zhèng)水泥膠結質(zhì)量和環密封(fēng)效㊙️果的基本(běn)前提。泥漿的(de)流量是固井(jing)施工過程中(zhōng)的✏️重要參數(shù)，對♋其進行連(lian)續實時正确(què)的計量，是确(què)保固井質量(liang)、提高施🚩工技(ji)術水平和效(xiào)率、實現科學(xué)管✉️理的必要(yao)手段。
　　由于固(gu)井泥漿物性(xìng)及成份範圍(wéi)很大，目前所(suo)采用的幾🚶‍♀️種(zhǒng)檢測儀器和(hé)方法都存在(zai)不少問題，例(li)如：科裏奧利(lì) 質量流量計(ji) 雖然計量精(jing)度很高，但由(you)于對外界振(zhèn)動相當敏感(gan)，需✌️要固⛹🏻‍♀️定安(an)裝，且耐壓性(xing)很差，不能用(yòng)于高壓作業(ye)實時計量； 超(chāo)聲流量計 與(yǔ)物性及成份(fèn)關系極大，在(zài)固井現場難(nan)于推廣使用(yòng)；也有報道使(shǐ)用 電磁流量(liang)計 來計量固(gu)井泥漿，但耐(nai)壓(≤5MPa)和泥漿密(mì)度(≤1.8g/cm3)有一定的(de)限制，不能用(yong)于💰準确計量(liang)現場不同的(de)物性及成份(fèn)的泥漿流量(liang)🔆。目前各油田(tián)大多采用 渦(wō)輪流量計 來(lái)現場計量固(gù)井泥漿的流(liu)量，其流量精(jīng)度(3％)雖能滿足(zú)要🌈求，但渦輪(lún)常被泥漿中(zhōng)的雜物卡堵(du)(尤其用于高(gao)密度泥漿)，影(yǐng)響施工，且沖(chòng)洗和軸承保(bǎo)養要求較高(gāo)，壽命不長。随(sui)着我國大深(shēn)度鑽井作💜業(ye)日益增多，高(gāo)密度、大💃🏻排量(liàng)泥漿在固井(jǐng)施工中使用(yong)日趨頻繁，需(xū)要一種新型(xíng)的泥漿流量(liang)計 進行現場(chǎng)實時準确計(ji)量。
　　從常規 電(diàn)磁流量計原(yuán)理 着手，在分(fèn)析勵磁信号(hao)對計量精度(du)影響的基礎(chu)上，針對固井(jǐng)施😄工現場的(de)高密度、大流(liú)量泥漿管流(liu)場❄️的特點，提(ti)出了一種🧑🏽‍🤝‍🧑🏻新(xin)的勵磁信号(hào)形式，以提高(gao)固井泥漿的(de)計量精度。
1測(ce)量原理
　　根據(ju)法拉第電磁(ci)感應定律，當(dāng)一導體在磁(cí)場中運🔱動而(er)切割磁♉力線(xian)時，在導體兩(liang)端便會産生(shēng)感應電動勢(shi)。在均勻磁場(chǎng)中，設垂直于(yu)磁場方向有(yǒu)一個直徑爲(wèi)D的無磁管道(dào)，内表面澆注(zhu)絕緣襯裏，外(wài)表面繞有線(xian)圈，在🔴與計量(liang)管軸線和磁(cí)👈場磁力線相(xiang)互垂直♉的管(guǎn)壁上安🏃🏻裝一(yī)對檢測電極(ji)。用于固井的(de)泥漿是🚶一種(zhǒng)導電介質，當(dāng)測量管道中(zhong)的泥漿流動(dong)時，泥漿切割(ge)線圈中勵磁(ci)電流産🔱生的(de)磁場，便會産(chan)生和泥漿的(de)平均流速v成(chéng)正比感應電(dian)動勢E。

式中：K爲(wèi)儀表常數，當(dāng)保持磁感應(ying)強度B恒定時(shí)，測量感應🙇‍♀️電(dian)動勢便可得(dé)管道的體積(jī)流量Q，且具有(yǒu)線性關系。
2勵(lì)磁方式
　　從測(cè)量原理可知(zhi)，隻有測量管(guan)道維持均勻(yún)、恒定的磁場(chǎng)🙇‍♀️，即B爲常數時(shi)，體積流量Q與(yǔ)感應電動勢(shì)E的線性關系(xì)才成立，所以(yi)需要選擇合(hé)适的勵磁方(fang)式。
　　勵磁技術(shu)是電磁流量(liàng)計中最關鍵(jian)的技術，目前(qian)一般采🤞用㊙️直(zhi)流勵磁、工頻(pin)正弦勵磁和(he)低頻方波勵(li)磁三種📐方式(shì)。直流勵磁用(yòng)直流電或永(yǒng)久磁鐵産生(shēng)磁場，結構雖(suī)簡單，但電極(ji)易發生極化(hua)，難以保證B爲(wèi)常數，使其應(yīng)用範圍受限(xiàn)。工頻正弦勵(lì)磁通過勵磁(cí)線🎯圈産生交(jiao)變🤞磁場，但易(yì)産生正交幹(gan)擾㊙️和同相幹(gan)擾等，引起零(ling)點漂移。低頻(pin)方波勵磁用(yòng)低頻方波經(jing)功率放大後(hou)勵磁線圈産(chan)生磁場，在半(ban)個周期内，磁(ci)場是‼️恒穩的(de)直流磁場，受(shòu)電磁幹擾影(ying)響很小，同時(shí)消除由分布(bù)電容引起的(de)工頻幹擾；同(tóng)時從整個時(shi)間過程來說(shuo)，方波信号是(shi)一個交變的(de)信号，克服了(le)直流勵磁易(yì)産🌈生的極化(huà)現象。目前這(zhè)種勵磁方式(shi)在電磁流量(liàng)計上廣泛應(yīng)用。
　　常規電磁(ci)流量計所應(yīng)用的低頻方(fang)波勵磁方式(shì)的勵磁電流(liu)🎯頻率通常爲(wèi)工頻的1/4～1/10。目前(qian)深井(6000m以上)的(de)固井施🏃🏻工中(zhōng)所使用泥漿(jiāng)的密度大多(duo)在1.8cm3以上，流速(su)高達25m/s，所用的(de)泥漿又是固(gù)液兩相🛀🏻低導(dao)率🚶流體，雖然(rán)高☀️壓下能消(xiāo)除非牛頓流(liú)體所帶🍉來的(de)測量誤差，但(dàn)測量管内會(hui)産生随流量(liàng)增加而頻率(lü)增加的随機(jī)幹🌂擾噪聲。經(jīng)測定，在DN50測量(liang)管内，所用的(de)泥漿密度爲(wèi)2.0g/cm3，流速在10～15m/s範圍(wei)内，測量管内(nèi)的📞流動噪聲(shēng)主要爲尖峰(feng)狀的泥漿流(liu)噪聲，量級在(zai)mv級，頻率集中(zhōng)在25Hz以下，如圖(tú)1所🏃示。在勵磁(ci)頻率較低時(shi)，泥漿幹🧑🏾‍🤝‍🧑🏼擾的(de)數量級較大(da)，高頻時幹擾(rǎo)數量級較小(xiao)，具有1/?的頻譜(pǔ)特性。另外，施(shi)工✉️現場敲擊(ji)和🈲震動所帶(dài)來的🤟低頻噪(zao)聲，也會影響(xiang)電磁流量計(jì)的計量精度(du)。提高勵🏃‍♂️磁電(diàn)流頻率可以(yi)規避和抑止(zhi)這些幹擾，以(yi)提高電磁流(liu)量傳感器輸(shu)出🥰的信噪比(bi)，但會犧牲電(diàn)磁流量計的(de)零點穩定性(xìng)。提👅出新的一(yī)種勵磁方式(shì)，采用雙頻矩(ju)形波作爲勵(lì)磁信号。其勵(li)磁🔞電流波形(xíng)是在低頻矩(jǔ)形波🚶上疊加(jia)高頻矩形波(bō)，用兩種采樣(yang)頻率分别得(dé)到高頻和低(di)頻⭐兩種流量(liàng)信号。如圖2所(suo)示，高頻部分(fèn)是80Hz的矩形波(bo)，外💁包絡線是(shi)♻️10Hz的低頻矩形(xíng)波。這樣，能克(ke)服單一低頻(pín)🎯矩㊙️形波勵磁(ci)存在的泥漿(jiāng)流動噪聲，同(tóng)時又能保證(zhèng)零點的穩定(dìng)性，提高流量(liang)計的計😄量穩(wen)定性和👈響應(yīng)速度。


3硬件系統(tong)
　　用于固井泥(ní)漿的電磁流(liú)量計的硬件(jian)部分主要由(you)傳✏️感器㊙️、電源(yuán)電路、勵磁電(diàn)路、信号調理(lǐ)電路、信号采(cǎi)集處🏒理電👨‍❤️‍👨路(lu)及接口電路(lù)等模塊組成(chéng)，如圖3所示。重(zhòng)點介紹關鍵(jian)模塊勵磁電(diàn)路和信号調(diào)理電路。

3.1勵磁(cí)電路
　　勵磁電(dian)路決定儀表(biao)的工作磁場(chang)，是儀表極其(qi)關鍵的部☁️分(fen)。中的勵磁電(dian)路由兩部分(fen)組成，如圖4所(suǒ)示。由💯單片🔴機(jī)MSP430F2418的☂️定時✌️器産(chan)生雙頻矩形(xíng)波，經光耦隔(ge)離後通過兩(liang)片場效應管(guǎn)組成的開🍉關(guan)電路實現通(tong)斷功能。DH902爲恒(heng)流♊管，提供恒(héng)定的勵磁電(diàn)流，由MCU定時器(qì)脈沖寬度調(diao)制(PWM)輸出經過(guo)濾波後控制(zhì)勵磁電流的(de)幅值，從而産(chǎn)生雙✂️頻矩形(xíng)波。

3.2信号調理(li)電路
　　電極輸(shu)出的感應電(dian)動勢信号爲(wèi)微伏至毫伏(fú)級交變信号(hao)🎯，經濾波後慮(lü)除部分高頻(pin)信号，然後送(sòng)高阻抗放大(da)器🐇進行放大(dà)，經兩級帶通(tōng)濾波器分别(bié)取出高頻、低(dī)頻信号，隔直(zhi)後🎯保留交⛱️流(liu)分量送MCU的ADC引(yin)腳。
4軟件系統(tong)
　　系統軟件采(cǎi)用模塊化設(shè)計方法，由控(kòng)制模塊、測量(liang)模塊、空管檢(jiǎn)測模塊和解(jiě)析軟件組成(cheng)。控制模塊爲(wei)本儀表的主(zhu)程序，用于産(chǎn)生雙頻矩形(xíng)勵磁波、控制(zhì)流量信号的(de)采集和處理(lǐ)、以菜單模式(shi)通過鍵盤操(cāo)作和液晶顯(xian)示使儀表進(jìn)入參數設定(dìng)狀态或工況(kuàng)顯示狀态。測(ce)量模塊采集(jí)來自信号調(diao)理模塊的流(liu)量信号，計算(suàn)瞬時流量、累(lèi)計流量和流(liu)速，并進行相(xiang)應的儀表系(xì)數補償，由液(ye)晶屏顯示和(hé)接口輸出。空(kong)管檢測模塊(kuài)用于設定使(shi)用實際環境(jìng)的地磁幅值(zhi)，檢測測量管(guan)是否處于空(kōng)管狀态。解析(xi)軟件用于将(jiang)計量數據自(zì)動生成固井(jing)施工所需的(de)各種報表和(he)圖标。
5試驗結(jie)果及分析
　　現(xiàn)場試驗所用(yòng)測量管的内(nèi)徑爲DN50，通過高(gāo)壓由壬接入(ru)🐇泥漿管線，并(bing)串接渦輪流(liu)量計進行比(bǐ)較，采用标準(zhǔn)計🔴量罐測試(shì)。計量鑽井泥(ni)漿密度範圍(wei)爲1.15g/cm3～2.50g/cm3，固井設計(ji)施工現場一(yi)次性替漿量(liàng)爲18cm3~160cm3，替漿瞬時(shi)流量爲0.2cm3/min-2.8cm3/min(流速(sù)：1.6-23.8m/s)；通過近15口井(jing)的施🈲工應用(yong)，結果如表1所(suǒ)示。試驗表明(míng)儀表計量誤(wù)差小于l％；在流(liú)速2.0m/s以下，随着(zhe)流量的減🔞少(shao)測試誤差逐(zhu)漸提高，在流(liu)速1.0m/s左右計量(liang)精度降到3％左(zuǒ)右。經分析，主(zhu)要是由零點(diǎn)漂移引起的(de)，這點與實驗(yan)室用清水标(biāo)定結🐅果基本(běn)吻合。使用🐇DN50的(de)測量管，實驗(yàn)室标定結果(guǒ)如表2所示。試(shi)驗證明，采用(yòng)雙頻矩形波(bō)作爲勵磁信(xìn)号💛，可有效地(di)規避和抑止(zhi)固井泥漿⛹🏻‍♀️的(de)流動噪聲♋和(hé)現場震動等(deng)所帶來的低(dī)頻噪聲，從🈲而(ér)顯著提高儀(yi)表計量泥漿(jiang)的精度。


6結束(shu)語
　　采用雙頻(pín)矩形波作爲(wèi)勵磁信号，根(gēn)據固井施工(gong)的✏️特點和現(xian)🌈場🏃🏻幹擾的分(fen)析，選取适當(dang)的勵磁電流(liú)頻率提高儀(yi)表在💋工作過(guo)程中的抗幹(gàn)擾能力，顯著(zhe)提高了固🌈井(jǐng)泥漿的計量(liang)✏️精度。由于測(cè)量⭕管爲無阻(zǔ)流檢測件的(de)📧光滑管道🌍，不(bú)可能被泥漿(jiāng)中的雜物卡(kǎ)堵(尤其用于(yú)高密度泥漿(jiang))而影響施工(gōng)，且沖洗和保(bao)養要求很低(dī)，具有較好的(de)推廣應用價(jià)值。今後，将進(jìn)一步研究勵(li)磁信号👅的形(xing)式和勵磁電(diàn)流頻率的選(xuan)取，提高儀表(biao)在低流速階(jie)段的測量精(jing)度。

以上内容(róng)源于網絡，如(rú)有侵權聯系(xi)即删除!