一种油田固井泥浆流量计及安装支架及安装支架使用方法与流程

本发明涉及一种固井流体监测系统，特别是一种油田固井泥浆流量计。

背景技术：

长期以来，固井流体监测系统一直不能满足现场的需求，特别是顶替期间的顶替液流量和体积监测，一直在使用钻井液顶替流量计，但到现在还没有解决稳定性和准确性问题，一直是流量计、计量罐、泵冲三方计量，最终以计量罐的手工计量为准。

现有文献介绍的几种固井流量计优缺点如下：

1、放射性密度计，测量参数单一(仅能测量密度)，测量结果与物性及成份有关，经常需要标定，精度不高；有放射源，在管理和使用方面有许多不足。

2、涡轮流量计，流量精度基本能满足要求，但涡轮常被水泥浆中的杂物卡堵，影响施工，且冲洗和轴承保养要求较高，寿命短。

3、电磁流量计和超声流量计等都与物性及成份关系极大，在固井现场难于推广使用。

4、人工测量密度时，工作方式原始落后，速度慢、不连续、实时性差、精度低，主观性大。

目前所使用的流量计，只能测量流量，不能测量流体密度。

随着复杂地质条件的油井越来越多，现场施工井况越来越复杂，急需解决固井流体监测的准确性和仪表工作的稳定性，还需要同时测量密度、压力、温度等参数。

随着科技和信息技术的发展和技术进步，迫切需要固井工程尽快走向信息化和自动化，这也急需解决固井流体监测的准确性和仪表工作的稳定性，也需要同时测量密度、压力、温度等参数。

固井流体监测系统的研制成功，还为钻井工程的精细控压钻井、溢流监测等提供新的参考和借鉴。

近年来，国外水泥车均配备了科里奥利质量计，用来直接测量水泥浆密度和流量(Non-nuclear Coriolis mass flow meter；Coriolis meters for mass density and flow measurement)。国内水泥车密度自动控制系统，大多数也配备了非放射源密度计(密度传感器和密度计变送器)，但主要是密度传感器安装在混浆二次循环管线上(低压、小排量、无脉冲振动)，用来测量密度，而不是用来测量流量。

20年前，西安石油学院就与几个单位合作研究了基于科里奥利力理论的“水泥浆密度流量自动测量系统”(1993年专利名称：油气田钻井固井浆液参数自动测量装置，专利号：CN93104893.1，1996、1997年2篇论文)，论文介绍在3个油田进行了试用。但由于价格昂贵(仅传感器就10万元以上)，目前没有发现推广应用的记录或报道。

西安石油学院就与几个单位合作研究的流量计和密度计，使用的传感器采用Micro Motion标准DH型质量流量传感器(是一种U型管式结构)，能同时采集密度和流量两个参数。据资料说其耐震、耐磨、耐高压(可达27.6MPa)；精度高(优于0.4％)、流量大、工作温度范围宽；能连续测量，测量结果与介质物性及成份无关；管路无任何节流元件，不影响介质流动状态，压损小，便于冲洗、不会卡堵；安装传感器不需要直管段，占用位置小；使用寿命长，不需要维护等，确保可靠性和性能指标满足要求。

目前，国内科里奥利流量计研究制造已有较好的发展，其价格也有明显下降。

但目前所生产的流量计还不能完全满足现场的实际需求。主要表现在如下几个方面：

1、耐压低

目前质量流量计的额定工作压力为4MPa，改造后可以应用在井口出口的流量和密度测量，但现场需要研制的是最小额定工作压力为35MPa的流量计和密度计。

2、振动频率重叠

科里奥利流量计的基本原理是测量弯管振动频率来获取数据，目前的振动频率为80-90Hz，而现场施工的泵的脉冲频率为20-60Hz，对数据采集精度影响较大。

生产厂家用目前的科里奥利流量计做部分试验测定，用CMF050传感器试验，振动影响实验仪表误差在1％-6％范围波动；用CMF080传感器试验，振动影响实验仪表误差在1％以内波动。预计在采取若干可在现场应用的抗震动措施(例如支架)，CMF080传感器的振动影响可控制在0.5％以内。因此，需要进行减振设计或滤波设计。

3、体积较大

目前现场使用的涡轮流量计体积小，携带安装方便。而目前科里奥利流量计的体积较大，CMF080的三维尺寸为450×1250×1600mm，重400kg左右。需要考虑缩小体积、降低重量、易于连接等问题。

4、价格较高，与涡轮流量计和电磁流量计不是一个档次。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种耐压高、数据采集精度高、体积小且价格低的油田固井泥浆流量计及安装支架及安装支架使用方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种油田固井泥浆流量计，整体结构为左右对称的U形结构，包括振管、分流器和外保护管；所述的振管为U形管，共有两根，并排安装于外保护管内，用于测量固井泥浆的流量、密度和温度；振管的两端分别连接左右两个分流器；所述的外保护管为U形管，外保护管的两端分别连接左右两个分流器；左右两个分流器之间的水平方向通过连接管连接；

所述的分流器的内部为一水平管和两垂直管结构的三通管，水平管的轴线垂直于两垂直管的轴线所在的平面，两垂直管分别与两根振管连接；所述的垂直管内壁曲面采用非线性曲面；

左侧分流器的作用是把从水平管进入的流体，平滑、均匀地分成相等的两股流体从两个垂直管流入到两根振管中，右侧分流器的作用是把从两根振管中流出的流体经两个垂直管汇集到水平管流出；

左侧分流器水平管的入口端和右侧分流器水平管的出口端分别通过锤击由壬连接口螺纹与锤击由壬连接口连接；

所述的振管的U形弯部设置激振器、两侧各设置一个拾振器和一个连接板，所述的拾振器与数据处理系统连接，所述的数据处理系统采用MVD数据处理技术。

进一步地，所述的分流器采用锻造304钢坏料制造，水平管和垂直管内表面的粗糙度为Ra 0.8。

进一步地，所述的分流器具有承受50MPa压力的能力。

进一步地，所述的左侧分流器水平管的入口端和右侧分流器水平管的出口端留3+1/2平式油管公扣。

进一步地，所述的锤击由壬连接口为API平式油管母扣。

进一步地，所述的振管采用316L管，其内表面的粗糙度为Ra 0.8。

一种油田固井泥浆流量计的安装支架，包括支架、连接架、固定轴和固定杆，所述的支架有两个，分别为左支架和右支架，且为左右对称结构；所述的连接架由两个直杆组成十字形连接架，十字形连接架的中心设置固定轴通孔、四个杆端均设置固定杆通孔；所述的固定轴穿过连接架的固定轴通孔连接左支架和右支架；所述的固定杆穿过连接架的一个固定杆通孔连接左支架和右支架；所述的左支架和右支架的底部均设置碗状橡胶减振垫。

进一步地，所述的支架为三角形支架。

一种油田固井泥浆流量计的安装支架的使用方法，包括以下步骤：

A、工作或运输时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴、固定杆和连接架固定在安装支架上，并使U形管的U形口朝上；

B、存放时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴、固定杆和连接架固定在安装支架上，并使U形管的U形口朝下；

C、清洗时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴、固定杆和连接架固定在安装支架上，并使U形管的U形口朝水平方向。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明设计了分流器，左侧分流器的作用是把从入口进入的流体，平滑、均匀地分成相等的两股流体进入两条振管中。其最大特点是高压流体在此处改变方向，会产生极大的冲击，由于分流器内的两个垂直管内表面采用非线性曲面且表面的粗糙度为Ra 0.8，最大程度地减少了流体的冲击，达到了耐高压冲击、耐磨损的功效。

2、由于本发明的分流器是由锻造不锈钢坯料制作，既解决了耐压问题，又比铸件制作的分流器体积小了一半多。

3、本发明的振管采用316L管，其内表面的粗糙度为Ra 0.8，其管径及壁厚与普通钢管比又小了许多，且能满足耐磨及高压的要求。

4、本发明的数据处理系统采用了MVD(多变量数字变送器)数据处理技术，使数据采集及处理精度提高一个数量级。

5、由于本发明体积减小，用料减少，降低了成本，其价格为进口同类产品的一半左右。

6、本发明的油田固井泥浆流量计能在安装支架上作360度旋转，每旋转90度后，通过定位杆锁紧。其支架下部有碗状橡胶减振垫，保证流量计在工作状态时，能最大程度的减少固井车上柱塞泵产生的振动对流量计的影响。工作和运输时U形口朝上，可降低重心，增加工作和运输时的稳定性。清洗时，U形口朝向水平方向，可方便冲洗。

7、本发明可用来同时准确测量水泥浆及泥浆的流量、密度、温度及压力等多个相关参数。

8、本发明的安装支架及其抗振、减振措施保证了流量计的正常工作。试验证明在现场条件下流量计无论安装在钻井平台上使用或在钻井平台的地面上使用都是适用的。

9、本发明的左右两侧分流器的外侧均安装锤击由壬连接口，方便了现成管道的对接。

附图说明

图1是油田固井泥浆流量计结构示意图。

图2是图1的俯视图(不包含外保护管)。

图3是图1的侧视图(不包含外保护管)。

图4是油田固井泥浆流量计左侧分流器结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的侧视图。

图7是油田固井泥浆流量计安装支架结构示意图。

图8是图7的侧视图。

图9是油田固井泥浆流量计与连接架的连接示意图。

图中：1、外保护管，2、拾振器，3、振管，4、连接板，5、分流器，6、锤击由壬连接口，7、连接管，8、激振器，9、支架，10、连接架，11、固定轴，12、固定杆，13、固定轴通孔，14、固定杆通孔，15、碗状橡胶减振垫。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-6所示，一种油田固井泥浆流量计，整体结构为左右对称的U形结构，包括振管3、分流器5和外保护管1；所述的振管3为U形管，共有两根，并排安装于外保护管1内，用于测量固井泥浆的流量、密度和温度；振管3的两端分别连接左右两个分流器5；所述的外保护管1为U形管，外保护管1的两端分别连接左右两个分流器5；左右两个分流器5之间的水平方向通过连接管7连接；

所述的分流器5的内部为一水平管和两垂直管结构的三通管，水平管的轴线垂直于两垂直管的轴线所在的平面，两垂直管分别与两根振管3连接；所述的垂直管内壁曲面采用非线性曲面；

左侧分流器的作用是把从水平管进入的流体，平滑、均匀地分成相等的两股流体从两个垂直管流入到两根振管3中，右侧分流器的作用是把从两根振管3中流出的流体经两个垂直管汇集到水平管流出；

左侧分流器水平管的入口端和右侧分流器水平管的出口端分别通过锤击由壬连接口螺纹与锤击由壬连接口6连接；

所述的振管3的U形弯部设置激振器8、两侧各设置一个拾振器2和一个连接板4，所述的拾振器2与数据处理系统连接，所述的数据处理系统采用MVD数据处理技术。

进一步地，所述的分流器5采用锻造304钢坏料制造，水平管和垂直管内表面的粗糙度为Ra 0.8。

进一步地，所述的分流器5具有承受50MPa压力的能力。

进一步地，所述的左侧分流器水平管的入口端和右侧分流器水平管的出口端留3+1/2平式油管公扣。

进一步地，所述的锤击由壬连接口6为API平式油管母扣。

进一步地，所述的振管3采用316L管，其内表面的粗糙度为Ra 0.8。

如图7-9所示，一种油田固井泥浆流量计的安装支架，包括支架9、连接架10、固定轴11和固定杆12，所述的支架9有两个，分别为左支架和右支架，且为左右对称结构；所述的连接架10由两个直杆组成十字形连接架10，十字形连接架10的中心设置固定轴通孔13、四个杆端均设置固定杆通孔14；所述的固定轴11穿过连接架10的固定轴通孔13连接左支架和右支架；所述的固定杆12穿过连接架10的一个固定杆通孔14连接左支架和右支架；所述的左支架和右支架的底部均设置碗状橡胶减振垫15。

进一步地，所述的支架9为三角形支架。

如图1-9所示，一种油田固井泥浆流量计的安装支架的使用方法，包括以下步骤：

A、工作或运输时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴11、固定杆12和连接架10固定在安装支架9上，并使U形管的U形口朝上；

B、存放时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴11、固定杆12和连接架10固定在安装支架9上，并使U形管的U形口朝下；

C、清洗时，将油田固井泥浆流量计通过固定轴11、固定杆12和连接架10固定在安装支架9上，并使U形管的U形口朝水平方向。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。