![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Лекция 8. ИЗМЕРИТЕЛИ РАСХОДА ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
Чтобы состояние скважины в целом было нормальным т.е не угрожало аварией, содержание твердых частиц в буровом растворе должно ограничиваться. Источником таких частиц является буровой шлам. Последний не должен скапливаться на забое, т. к. в противном случае он будет мешать разрушению породы, и темп углубки снизится до нуля. Частицы шлама уносятся потоком промывочной жидкости. Чем больше скорость потока, тем более крупные частицы он способен уносить. Скорость потока
где Однако шлам должен выноситься не только с забоя, но и из скважины в целом вплоть до ее устья, и это гораздо более сложная задача. Ствол скважины имеет разные диаметры –как правило, возрастающие снизу-вверх. Поэтому даже если значение расхода жидкости является достаточным для выноса шлама из нижних частей скважины, то в верхних частях, где диаметр канала больше и, следовательно, скорость потока меньше, шлам может скапливаться. Шлам смешиваются с материалом глинистой корки и образует сальниковые пробки Эти пробки сужают диаметр скважины и вызывают затруднения при проведении СПО. Иногда они становятся причиной прихвата при подъеме (см. выше – затяжки и посадки). При наличии пробок невозможно проводить спуск обсадных колонн. Для достижения полного выноса шлама из устья скважины расход жидкости должен быть равным где где
где Размер частицы зависит от разбуриваемой породы (чем она мягче, тем крупнее может быть размер частицы). С крепостью породы связан тип породоразрушающего инструмента, и величина размера частицы ограничивается выступанием его резцов. Однако, недопустимо создавать такую осевую нагрузку на резец, которая вызывала бы его полное погружение в породу, т. к при этом исчезнет пространство для прохождения омывающей резец жидкости. Бурение прекратится из-за так называемого зашламования резцов. Поэтому расчетный размер частицы должен составлять лишь часть от выступания резца где Все параметры в формуле (8.4) должны подбираться таким образом, чтобы получить максимальное в данных конкретных условиях значение В формуле (8.3) где
где Максимально-допустимое значение При бурении могут применяться расходомеры различных типов. Расходомер переменного перепада давления показан на рис. 8.1. Он широко применяется в различных отраслях техники. На пути жидкости по трубе 1, установлена преграда виде диска с отверстием (диафрагма 2). На диафрагме происходит потеря давления, так, что давление Эта величина тем больше, чем больше расход жидкости. Разность давлений
Рис. 8.1. Расходомер переменного перепада давления 1 – труба (корпус расходомера); 2 – диафрагма; 3 – жидкостный дифманометр; 4 – шкала расходов;
характеризуется уравнением где
где постоянный коэффициент Расходомеры переменного перепада давления характеризуются модулем сужающего устройства который обычно находится в пределах от 0.05 до 0.7. Иначе говоря, диаметр трубы 1 может быть в 4.5 – 1.2 раза больше диаметра отверстия диафрагмы 2. Расходомеры переменного перепада давления имеют преимущество простоты конструкции и невысокой стоимости, а также универсальности применения (как для жидкостей, так и для газов). Однако они обладают и рядом серьезных недостатков. У них низкий коэффициент диапазона Обычно этот коэффициент не превышает трех. Так если, например, наименьшее значение расхода, которое требуется измерять в данных условиях, равно 0.5 л/с, то наибольшее не может превышать 1.5 л/с. Для расхода промывочной жидкости при бурении этого недостаточно. Как правило, требуется коэффициент диапазона не менее 10. Низкий коэффициент диапазона вытекает из нелинейности связи между расходом и давлением (формула (8.10)). Данный недостаток в некоторой степени компенсируется, тем, что в комплекте расходомера прилагаются несколько сменных диафрагм с различными диаметрами отверстий. Чем больше площадь отверстия, тем на больший верхний предел измерения рассчитана диафрагма. Однако смена диафрагм в ходе работы неудобна. В связи с указанными недостатками расходомер переменного перепада давления не применяют для контроля расхода промывочной жидкости при бурении. Однако он широко применяется для измерения количества извлекаемого из скважины газа. Рис. 8.2. Расходомер переменного уровня. 1 – корпус (емкость); 2 – перегородка; 3 – слив; 4 – диафрагма; 5 – ввод жидкости; 6 – стеклянная трубка; 7 – шкала; 8 – уровень жидкости
Расходомер переменного уровня(рис. 8.2) по принципу действия аналогичен расходомеру переменного перепада давления. По входной линии 5 жидкость подается в емкость 1, имеющую перегородку 2 для успокоения потока. Далее жидкость уходит через слив 3, оборудованный диафрагмой 4. Чем больше расход Из этого следует, что
где
Рис. 8.3. Расходомер постоянного перепада давления (ротаметр) 1 – корпус; 2 – коническая расточка; 3 – поплавок; 4 – шток; 5 – стеклянная трубка с шкалой;
Прибор используют для измерения расхода жидкости, вытекающей из устья скважины. При бурении, сравнивая показания расходомеров, установленных на нагнетательной линии либо наоборот, – наличие проявлений пластовых жидкостей (в отличие от поглощения при проявлении Расходомер постоянного перепада давления (ротаметр) представлен на рис. 8.3 Когда жидкость, войдя через входной патрубок, движется вверх по конической расточке 2, она поднимает поплавок 3 и шток 4 тем выше, чем больше ее расход. Отсчет расхода можно получить по шкале 5 и верхнему концу штока, служащему указателем. При данном расходе жидкости, поплавок поднимается от своего начального (“нулевого” положения, когда Дело в том, что поплавок представляет собой гидравлическое сопротивление на пути жидкости, вследствие чего давление
откуда Так-как и вес поплавка, и его площадь суть величины постоянные, то, и перепад давления на этом поплавке также постоянен, причем это не зависит от высоты нахождения поплавка. Действительно, допустим, что в каком-то положении равновесия расход жидкости возрастет. При этом временно возрастет и перепад давления на зазоре между поплавком и расточкой. Равновесие, выраженное формулой (8.15) будет нарушено: сила давления (левая часть формулы (8.15) станет больше веса поплавка. Это заставит поплавок двинуться вверх, но при движении вверх зазор между поплавком и конической расточкой начнет увеличиваться, а перепад давления на этом зазоре – падать. Как только перепад давления вернется к своему постоянному значению (формула (8.16)), поплавок опять повиснет неподвижно в потоке жидкости. Но это произойдет уже на большей высоте При уменьшении расхода уменьшится где
Из сравнения формул (8.18) и (8.10) можно видеть преимущество ротаметров перед расходомерами переменного перепада давления. У ротаметров зависимость расхода от высоты подъема поплавка линейная (
Рис. 8.4. Индукционный преобразователь хода штока ротаметра в напряжение 1 – коническая расточка; 2 – поплавок 3 – шток; 4 – выпрямитель; 5 – гальванометр; 6 – магнитные силовые линии;
Использование отсчетного устройства в виде стеклянной трубки и штока неудобно вследствие непрозрачности или малой прозрачности промывочной жидкости. Приходится ставить подсвечивающую лампу, чтобы взять точный отсчет. При этом для взятия отсчета надо подойти к расходомеру вплотную. Более удобен ротаметр с индукционным преобразователем хода штока в напряжение(рис. 8.4). Трансформатор Чтобы напряжение датчика могло подаваться на гальванометр 5, его необходимо превратить из переменного в постоянное. Для этого используется диодный мост 4. Если при колебании переменного напряжения знак плюс придет на верхнюю вершину диодного ромба (и соответственно знак минус – на нижнюю), то ток (в соответствии с положением диодов) пойдет по параллельным линиям ромба влево вниз и далее от левой вершины ромба через показывающий прибор к правой вершине. Если знак переменного напряжения сменится на обратный, т. е. знак плюс появится у нижней вершины ромба, а минус у верхней, то ток пойдет по второй паре параллельных линий влево вверх.. Можно видеть, что при смене фаз в цепи переменного тока (горизонтальной), ток в вертикальной цепи всегда имеет постоянное направление. Хотя ток, направляющийся от выпрямителя (моста диодов) в цепь гальванометра, постоянен по знаку, по величине он является пульсирующим от нуля до максимума. Для сглаживания пульсаций служит так называемая интегрирующая цепочка, включающая резистор Далее по цепи установлен переключатель диапазонов Для создания шкалы меньшего диапазона, замыкают контакт переключателя Рис. 8.5. Электромагнитный (индукционный) расходомер. 1 – труба из немагнитного материала; 2 – электрод; 3 – полюс электромагнита; 4 – блок питания; 5 – усилитель; 6 – выпрямитель; 7 – гальванометр; 8 – жидкость
Электромагнитный расходомер(рис. 8.5.) работает следующим образом: С блока питания 4 (где имеется понижающий трансформатор) напряжение переменного тока попадает на обмотки полюсов 3 электромагнита. Магнитные силовые линии, двигаясь от одного полюса к другому, проходят сквозь трубу 1, через которую подается жидкость 8. Если жидкость является проводником электрического тока, то как в любом проводнике, движущемся в магнитном поле, в ней на участке между полюсами возникает ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника и его длине. Это напряжение поступает на электроды 2, затем усиливается в усилителе 5, выпрямляется на выпрямителе 6 и подается на гальванометр 7, отклоняя его стрелку. Индуцируемая ЭДС равна где
Если учесть, что в этом выражении все величины, кроме Недостатком электромагнитного расходомера, вытекающим из принципа действия, является невозможность его применения для измерения расхода жидкостей, непроводящих электричество (таких, как нефть и нефтепродукты). Он не может работать с буровыми растворами на нефтяной основе, а также на промывочных жидкостях, содержащих смазывающие добавки (при высокооборотном алмазном бурении ). Второй недостаток – весьма малая величина формирующейся в датчике ЭДС (несколько микровольт). Это вызывает потребность не только в мощном усилителе (позиция 5 на рис. 8.5.), но и в дорогостоящих устройствах для устранения помех, связанных с посторонними электромагнитными полями (электродвигателей, трансформаторов и т. п.). В частности, кабель от датчика к показывающему прибору бронируется. Сверх того в приборе предусматривается система его перенастройки (калибровки), которая должна проводиться перед каждым рейсом бурения, а также в случае возникновения сомнений в правильности показаний. Все эти системы существенно увеличивают себестоимость прибора. Рекомендуемая литература: 4. с. 110-127 Контрольные вопросы 1. Как устанавливают необходимый расход промывочной жидкости? 2. Как устроен и работает расходомер с переменным перепадом давления? 3. Как устроен и работает расходомер переменного уровня? 4. Как устроен и работает расходомер с постоянным перепадом давления? 5. Как устроен и работает электромагнитный расходомер?
|