钻井液密度在线测量装置的研制

钻井液密度在线测量是钻井液性能在线检测的重要组成部分,文章重点阐述了钻井液密度在线测量方法优选、装置研制、室内评价试验以及现场应用实验。实验结果表明该装置性能可靠、准确度高,适用于钻井液密度在线测量。     

高温高压水基微泡沫钻井液静密度研究

在说明微泡沫钻井液良好性能和特点的基础上,针对现场应用中的难点,指出了研究该钻井液体系密度与温度、压力关系的重要性.介绍了在高温高压条件下测定水基微泡沫钻井液静密度与压力和温度关系的室内试验方法'利用新研制的高温高压钻井液密度测量装置测量了两种微泡沫钻井液在不同温度、压力下的密度,分析了高温高压对微泡沫钻井液密度的影响规律.结果表明,当温度一定时,微泡沫钻井液密度随压力增加而增大;保持压力不变时,微泡沫钻井液的密度随温度的升高而减小.描述了微泡沫钻井液密度受温度和压力影响而变化的机理.     

高温高压对超深井钻井液密度的影响

井眼内钻井液密度是进行各种钻井施工和设计的必要的基础数据,高温高压环境下的超深井钻井液密度不再是一个常数,而是随温度和压力的变化而变化,因此有必要对超深井钻井中高温高压对钻井液密度的影响进行研究。利用高温高压钻井液密度模拟实验装置,采用胜科1井现场配制的超深井钻井液,测量了温度、压力对超深井水基钻井液密度的影响特性,根据测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度预测模型。结果表明,水基钻井液密度受温度变化影响比受压力变化影响大,随着温度、压力的增大,钻井液密度降幅较大,同时,高温高压下钻井液更具有可压缩性。建立的预测模型为合理确定现场钻井液密度范围提供了一种新方法。     

钻井液流变性实时测量方法及系统研究

针对当前钻井液测量中无法实现在线测量、工作量大及存在操作误差等问题,提出一种钻井液流变性在线测量装置。通过测量钻井液在不同管径下的压力损失,结合质量流量计所测得的数据,上传到上位机进行处理,从而得到钻井液的各项流变性能参数。试验研究结果表明:对钻井液流变性测量试验平台进行数据测量精度对比试验,与现阶段的API 2003的钻井液流变性测量结果相差无几,其误差在3%以内;在对钻井液密度及黏度变化情况下的试验平台实时测量中,所得结果与不间断采样的旋转黏度计测量数据几乎相同,其误差在4%以内。该钻井液流变性在线测量装置对钻井完井自动化进程有着较好的推动作用,具有显著的社会效益和经济效益。     

科里奥利质量流量计在钻井液密度在线测量中的应用

通过优选科里奥利质量流量计,设计和选择相关辅助设备并组装成钻井液密度在线测量装置,对该装置进行了一系列室内测试和现场评价。结果表明:所研制的测量装置具有良好的精密性、准确性、稳定性和可靠性,可实现钻井液密度的实时在线测量,适合于钻井现场使用。     

玻璃浮计型密度标准装置的不确定度评定

为满足在线振动管液体密度计的强制检定要求,需建立在线振动管密度标准装置。通过对密度标准装置的测量不确定度来源分析,分别对重复性、一等标准密度计、频率计分辨率、温度测量等各输入分量进行测量不确定度的评定。评定密度标准装置的扩展不确定度为0.32 kg/m~3,符合国家计量检定系统表的要求,可以开展准确度等级为0.5级的液体密度计的检定/校准工作。     

在线振动管液体密度计静态压力修正试验分析

在线振动管密度计可实时测量一定温度压力条件下的流体密度,在石油化工生产中获得了广泛应用。由于密度计的传感器即振动管在一定压力条件下会发生形变,进而影响在线测量准确度,因此有必要对在线振动管密度计进行静态压力试验以获取修正系数来保证测量准确度。在线振动管密度计在获得压力修正系数试验过程中,选用液体介质不同会对试验结果产生较大影响。分别利用不同油品和纯水进行静态压力试验,通过对操作过程及数据结果对比分析可知,利用纯水作为介质的试验重复性提高了70%,拟合误差显著低于油品作为介质的试验结果。因此,对在线密度计进行静态压力试验时优先选择纯水作为工作介质。     

水基钻井液高温高压密度特性研究

水基钻井液的密度在高温高压条件下不再是一个常数。采用高温高压静态密度测定装置，研究了不同密度水基钻井液的静态密度随温度和压力的变化规律，回归其变化关系式，建立起了水基钻井液静态密度随温度和压力而变化的数学模型，并对影响高温高压下水基钻井液密度变化的因素进行了分析。得出了温度对水基钻井液的密度影响最大，压力对其影响较小的结论。提出了随着温度的升高，压力对水基钻井液静态密度的变化影响变大的观点。准确预测钻井液在高温高压下的真实密度，有利于准确预测和控制井底压力，从而保证油气井在窄安全钻井液密度窗口下安全钻进。     

基于压力的马氏漏斗黏度在线检测方法

针对马氏漏斗黏度手动测量方法存在的工作量大、测量精度低、监测不连续等问题,从马氏漏斗黏度检测的原理、结构、算法等方面研究钻井液的在线检测过程,基于液位高度与液柱压力的关系,提出了一种钻井液马氏漏斗黏度的在线检测方法,并研制了一套实验装置。通过仿真模拟和中原油田钻井现场试验,验证了测试系统的准确性,系统精度达到±1 s。综合分析钻井液马氏漏斗黏度的影响因素,从溢流口形状、漏斗改造工艺和液位检测精度等方面优化在线检测方法,实验装置的钻井液密度测量误差低于3%,黏度测量误差低于2%。提出的马氏漏斗黏度在线检测方法及其实验装置可较好完成对常规钻井液的密度和马氏漏斗黏度的在线检测,具有较好的适应性和较高的自动化程度。在满足检测精度的前提下,在线检测方法和实验样机可较好代替现场人工检测,提高了油田的智能化水平。      

双层连续管双梯度钻井井筒钻井液当量循环密度分布特征

双层连续管钻井是一种新型双梯度钻井技术,为了分析双层连续管钻井井筒ECD分布特征,研究基于双层连续管钻井工艺特点,考虑井筒温度、压力和岩屑浓度等参数影响,建立了双层连续管双梯度钻井井筒ECD计算模型,分析了钻井液排量和钻井液密度等因素对井筒ECD的影响规律。案例井计算结果表明,井筒ECD随着钻井液排量和密度的增加而增大,机械钻速的增加对井筒ECD的影响较小,双层管尺寸需结合井眼尺寸和循环压耗进行优选。双层连续管双梯度钻井可有效降低井底ECD,在钻井过程中可通过调整钻井液排量和密度实现井筒压力的动态控制,为应对深水钻井压力窗口窄和浅层易发生漏失等难题提供了一种有效的解决方法。     

检定介质温度、压力对流量计在线检定的影响

流量计的检定和校准是流量量值传递的重要环节，而从计量学意义上讲，在线实流检定是最具备准确性、一致性、溯源性和实验性等计量特性的检定方法，所以在线实流检定一直是研究的重点。天然气的在线实流检定一般用移动式流量标准装置对现场的流量计进行检定。通过研究发现，检定介质的温度、压力波动，是影响流量计的检定的重要因素，尤其在小流量点进行测试时，会产生不可忽略的测量误差。为此，通过数学模型，分析了检定介质的温度、压力波动对天然气流量计在线实流检定的影响，并提出了相应的解决办法，可为开展天然气流量计在线实流检定工作提供参考。     

高速率泥浆脉冲器工作模式设计与试验

转子往复摆动的脉冲器从结构上可实现转子快速摆动,载波频率高,调制方式选择空间大。为了适应钻进时地层参数,以及钻井工程参数,例如排量、密度、钻速、转速等,需要改变井下脉冲器工作模式,包括调制方式、运动频率、定转子开合角度、扫频、静默等。工作模式预置在脉冲器控制芯片中,由地面指令下传装置改变管汇中泥浆流量,切换井下脉冲器的工作模式。通过对工作模式的远程切换,可节省钻进辅助时间,提高生产效率。高速率泥浆脉冲器在新疆某井进行了应用试验,对作业过程实时数据的分析表明,模式切换可靠,数据上传速度高。为高速泥浆脉冲器的扩大使用积累了经验。     

钻井液性能在线监测系统的研制与现场应用

钻井自动化是石油行业发展的必然趋势,钻井液性能自动化测量技术也已开始从室内走向现场。研发出一套钻井液性能在线测量仪器,该仪器具有实时测量、连续记录、自动测量、数据远传4个特点,采用变径管式流变性测量方法、双管串联型振动管、离子选择电极法进行钻井液性能测量,通过采集系统将测量结果进行整合;所采用的软件分为9个界面,将测量结果以图形形式直观地展示出来。该仪器在胜利油田多口井和中海油3口高温高压深井进行了现场应用,应用的最高密度达2.30 g/cm3,仪器测量数据与人工手动测量结果基本一致,误差在设计范围内。该仪器的应用能够有效提升钻井效率,保障井下安全,该技术是国家油气安全战略的需要,对加速钻井自动化、信息化、智能化升级改造有着非常重要的意义。      

双U型管式高温高压流体密度传感器

介绍了1种可用于石油井下的双U型振动管式流体密度传感器.该传感器由双U型管及电磁激振装置构成,通过安装基座中的管线使2支U型管形成流体单向通道,电磁激振装置产生电磁力使双U型管产生谐振并维持其振荡.为满足传感器的应用环境要求,U型管采用低温度弹性系数、耐高压、抗腐蚀的合金材料制成,激振装置中的电磁线圈与磁芯均采用高温材...     

三差压气液两相流流量计的研制与应用

为了对气液两相流流量进行准确计量,提出了基于弯管流量计的新型气液两相流流量测量方法。设计了由弯管、水平管和垂直管组成的三差压传感器,通过对3个差压信号进行分析,建立了压差与质量流量的关系模型,进而设计了三差压气液两相流流量计。同时通过标准表法对设计的流量计进行了试验验证。验证结果表明,三差压气液两相流流量计的测量精度达到±3%,可实现气液两相流的流量测量,与目前的两相流流量计相比精度有了很大提高。     

螺旋扁管换热器温度串级模糊控制试验研究

现有的模糊-PI控制研究大都停留在理论分析和系统仿真阶段,缺乏试验验证和工程实际应用。为此,采用模糊-PI方法对换热器温度进行串级控制,并用试验加以验证。同时,以C++和Matlab软件为工具,开发出检测精度高、温控效果好、功能强大的螺旋扁管换热器测控系统。测控系统由温度、压力、流量传感器、TDS—303自动数据采集仪、PI控制器、电压/电流转换器、D/A板卡、电动调节阀及计算机等组成。试验结果表明,试验台不仅能方便快捷地测试换热器的性能参数,进行数据的自动采集、存储、显示及性能评价,而且还能验证模糊-PI控制方法的优越性,即良好的动态控制性能,较高的控制精度和温度调节能力。     

煤粉流量测量技术及应用

对于干煤粉气化工艺的密相输送系统来说,煤粉质量流量的测量非常重要。介绍几种当前常用或较为热门的气固两相流固体质量流量测量方法,使用密度速度测量技术对国内某大型煤化工气化工艺中密度速度测量应用方法进行分析,给出系统的密度计、速度计及二次仪表选型和测试方法,最后对系统中的测量数据进行分析,确定该方法的优越性。     

伞集流油气水三相流涡轮流量计统计模型研究

伞集流器存在非均衡及非线性的油气水三相流流体漏失,致使伞集流后测量通道内流型复杂多变,建立三相流涡轮流量计物理模型存在困难.基于伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合仪在油气水三相流流动环中的动态试验结果,建立了三相流涡轮流量计统计测量模型,该模型考虑了三相流等效"气液"滑脱速度及流动密度因素,回避了复杂流型对测量模型影响.该模型预测三相流总流量过程相对简单,且具有良好的计算结果收敛特性.检验结果表明,伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合测量可以有效地测量油气水三相流总流量.     

裂缝网络地层钻井液漏失模拟

针对复杂裂缝性地层的钻井液漏失问题,基于蒙特卡罗随机建模理论,构建了三维离散裂缝网络地层模型。采用宾汉模式钻井液,建立了考虑裂缝线性变形的裂缝网络地层钻井液漏失模型,并利用有限元法求解该模型,对钻井液漏失行为进行模拟。研究表明,该模型可以进行裂缝内流速、漏失速率及漏失量等动态模拟;近井筒附近裂缝内钻井液流速较高,远离井筒处裂缝内流速较低;经过对数变换后,钻井液漏失速率曲线具有明显的无规律波动现象,与单条裂缝的漏失存在明显区别,可以用于识别裂缝网络地层;裂缝应力敏感性对漏失影响较大,考虑应力敏感性后,钻井液漏失量增加;数值模拟得到的漏失量与理论漏失量十分接近,证实模型可靠度高。现场应用表明,研究成果可有效识别出裂缝网络漏失,并以此采取了合理的堵漏技术方案,堵漏一次成功。      

SQSPXP-110双导向桥式偏心配水器

南堡油田的注水井大部分为斜井,在实施偏心分注时采用的114 mm偏心配水器通过能力低、投捞成功率低,由于下层无法注水,使得后期测出的流量为非真实流量及流量测试仪起出困难。鉴于此,研制了SQSPXP-110双导向桥式偏心配水器。该配水器上开设了桥式偏心孔,可沟通上、下层注水通道,平衡了密封段上、下压差,提高了测试仪器下井的安全性;由于该配水器测试的流量为单层的真实流量,消除了递减法带来的累计误差,因而测量误差较小。室内试验和现场试验结果表明,SQSPXP-110双导向桥式偏心配水器井下通过能力强,在大斜度井内投捞成功率高,配注性能良好。