Датчики расхода буровой жидкости

Датчики расхода буровой жидкости

 

Один из важнейших параметров режима промывки скважины – расход буровой жидкости. Контроль за ним в нагнетательной линии насосов и на выходе из скважины позволяет установить возникновение газонефтепроявлений или поглощений, их интенсивность, момент окончания разбуривания поглощающих и проявляющих пластов, оценить эффективность изоляционных работ, т.е. свести к минимуму технико-экономические потери, связанные с осложнениями при бурении.

Разновидности датчиков

 

Датчик расхода буровой жидкости на выходе

Предназначен для измерения потока (расхода) буровой жидкости на выходе из скважины.

Устройство принцип действия

Поток измеряется по углу отклонения измерительной лопатки.

Местоположения датчика.Рис.1.

Индикатор устанавливается на стенке желоба с помощью крепёжного приспособления, прилагаемого к датчику.

 

 

Общий вид датчика.Рис.2.

Технические характеристики:

Диапазон измерения, л/с	0-50, 0-100
Уровень выходного сигнала, В	от 0 до 5
Напряжение питания, В	±12
Масса, кг с крепежным приспособлением	2,5 4,3
Габариты (без крепежного приспособления и лопатки), мм	180х160х165

 

Производитель

ОАО НПФ «Геофизика»

 

 

Индикатор расхода бурового раствора на выходе ИРМ

Предназначен для оценки величины расхода бурового раствора в открытом или в закрытом желобе.

 

Устройство и принцип действия

Конструкция монтажного комплекта позволяет быстро производить установку-демонтаж датчика. Преобразователь бесконтактного типа обеспечивает высокую надежность, долговечность датчика и уменьшает затраты времени на его обслуживание.

Принцип действия индикатора расхода бурового раствора ИРМ состоит в том, что под действием потока бурового раствора рабочая лопатка датчика отклоняется, вызывая поворот магнита относительно магниторезистивного моста. Нормирующий усилитель приводит величину выходного сигнала к стандартному диапазону величин.

Индикатор ИРМ состоит из магниторезистивного преобразователя угловых перемещений и нормирующего усилителя, собранных в одном корпусе. Для разных конструкций желобов имеется двухступенчатая регулировка длины кронштейна лопатки.

Все узлы датчика ИРМ выполнены из нержавеющей стали.

 

Местоположения датчика

Индикатор расхода ИРМ устанавливается на открытом желобе при помощи специального кронштейна. Для монтажа на желобе закрытого типа в монтажный комплект входит короб с крышкой.

 

Общий вид датчика.Рис.3.

 

Технические характеристики:

Угол отклонения лопасти, град	0...70
Диапазон изменения выходного сигнала, мА	4...20
Напряжение питания, В	+12...+24
Потребляемая мощность, Вт, не более	0,5
Диапазон рабочих температур, °С	-40...+65
Габаритные размеры датчика в сборе с монтажными приспособлениями, мм	120х160х470
Масса, кг	3,1

Производитель

ООО НПП «Геосфера»

 

 

Датчик ДРУ       

Предназначен для измерения расхода буровых растворов или жидкостей различной вязкости, содержащих твёрдые частицы/газовые пузырьки (не менее 100 мкм), в трубе на входе в скважину.

 

Местоположения датчика

Контроллер DFM-5 устанавливается на буровой площадке в отапливаемом помещении, накладной сенсор - на трубе высокого давления (манифольде).

Условием выбора места установки накладного сенсора для корректной работы является полное заполнения трубы жидкостью, а также отсутствие вентилей и изгибов на трубе на расстоянии не менее 10 диаметров трубы (условие ламинарности потока).

Общий вид датчика.Рис.4.

Технические характеристики

Диапазон измерения скорости жидкости, м/с	0,08...12,2
Диаметр труб (внутренний), мм, не менее	25
Погрешность измерения расхода, %	2
Нелинейность, %	0,5
Воспроизводимость, %	0,1
Основной ЖК дисплей	4-х разрядный, 19 мм
Служебный буквенно-цифровой ЖК дисплей	16-ти разрядный
Выходной сигнал, мА	4...20
Напряжение питания, В	180...260 (по заказу 12 или 24)
Потребляемая мощность, Вт, не более	7,2
Степень защиты датчика	IP66
Диапазон рабочих температур, °С датчика контроллера	-40...+93 -23...+60
Габаритные размеры датчика, мм	188х276х130
Масса, кг	5

 

Производитель ООО НПП «Геосфера»

Местоположения датчика

Датчик устанавливается на возвратной поточной линии между переходным ниппелем и виброситом, но максимально близко к переходному ниппелю, на сколько это возможно.

Общий вид датчика.Рис.5.

 

Технические характеристики:

Диапазон скоростей потока, м/сек	0.1.. 1
Точность, %	+/-2
Воспроизводимость, %	1
Рабочая температура	-25.. +85 °C
Температура хранения	-40.. +85 °C

 

Производитель Weatherford

Кориолисовые расходомеры

Датчики, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода бурового раствора.

Принцип действия. Если движущаяся масса подвергается колебаниям в направлении перпендикулярном направлению движения, возникает сила Кориолиса, пропорциональная массовому расходу. Кориолисовый массовый расходомер имеет специальные колеблющиеся измерительные трубки для того, чтобы точно локализовать данный эффект. Кориолисовы силы возникают когда среда (масса) протекает через эти осциллирующие трубки.

Датчики на входном и выходном концах регистрируют результирующий сдвиг фаз в геометрии колеблющихся трубок. Процессор обрабатывает эту информацию и использует ее для вычисления массового расхода. Частота колебаний самих измерительных трубок, кроме того, является прямым измерением плотности среды. Температура измерительных трубок также регистрируется для компенсации температурного влияния. Эта величина соответствует температуре среды и доступна в виде выходного сигнала.

Преимущества измерения кориолисовым расходомером:

· высокая точность измерений параметров;

· работают вне зависимости от направления потока;

· не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;

· надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды (только если расходомер установлен на резиновые подставки-прокладки);

· длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;

· измеряют расход сред с высокой вязкостью.

Из минусов - стоит отметить невозможность работы с многофазными жидкостями (с высоким содержанием газов), установка в разрыв линии и высокая цена. Что обуславливает его редкое использование, преимущественно в специальных случаях (тяжелые геологические условия, морское бурение).

 

Рис.7. Кориолисовый расходомер Geolog

Технические характеристики: диаметр сечения: 203,2 мм; диапазон измерения: 0 – 60 л/с; разрешение: 0,1 л/с; погрешность: ±0,1%).

Технические характеристики:

Параметр/Датчик	ICS SQ	РУД-342-03М	Artwik DFM 5.0	Artwik AVFM 5.0
Производитель	ООО «Геотек-Прибор»	ЗАО «ГЭЛС»	Greyline (Канада)
Тип датчика	Накладной/ разнесенный	Накладной/ совмещенный		Погружной/ совмещенный
Диапазон измерений объемного расхода жидкости, м3/с	0-0,1	3,98·10-5-0,08	-	-
Диапазон диаметров труб (для накладных датчиков), мм	≥25	25,5-150	12.7-4500	-
Диапазон измерения уровня жидкости (для погружных датчиков), мм	-	-	-	25,4-4570
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерения объемного расхода жидкости, выраженные в процентах от верхнего предела измерений, %	±5,0	±2,0	±2,0	±5,0 ±2,0 (скорость) ±0,25 (уровень)
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерения объемного расхода жидкости, выраженные в процентах от верхнего предела измерений, без предварительной градуировки, %	-	±5,0	-	-
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерения суммарного объема прокачанной жидкости, выраженные в процентах от измеряемого значения параметра, %	-	±1,0	±0,5	-
Пределы допускаемой дополнительной приведенной погрешности измерения, обусловленной отклонением температуры окружающей среды, %		±0,15	±0,1	±0,1
Диапазон измеряемых скоростей потока жидкости, м/с	0-15	0,1-10,0	0,08-12,2	0,03-6,2
Диапазон рабочих температур, °С	-	-40...+50	-23...+60	-40...+65
Габаритные размеры (длина х высота х ширина), мм	-	170x120x80	278х188х130	278х188х130
Масса, кг, не более	-	1,5	6,3	4,5

 

Индикаторы потока

Индикатор расхода бурового раствора на выходе предназначен для оценки величины расхода бурового раствора в открытом или в закрытом желобе.

Принцип действия индикатора расхода бурового раствора состоит в том, что под действием потока бурового раствора рабочая лопатка датчика отклоняется, что фиксируется первичным преобразователем, которые могут быть магниторезистивного (перемещение магнита относительно магниторезистивного моста) или, реже, акселерометрического (измерение угла наклона) (в станциях АМТ) типов.

Крепление индикатора происходит на стенке отрытого желоба с помощью крепёжного приспособления или в местах врезки в закрытых желобах.

а)                                                                          б)

  

Рис.10. Крепление индикатора потока на выходе в: а) открытой и б) закрытой желобной системе (на примере ИПБР-3310 (ЗАО «ГЭЛС», в составе СГТИ «Разрез-2»).

Индикатор не является измерительным прибором и не способен решать большинство геолого-технологических задач для датчиков расхода на выходе, за исключением сложных предаварийных ситуаций (критические поглощения/проявления). Обычно показания измеряются в процентах потока. Пересчет угла наклона в расход, практикуемый во некоторых станциях, несет в себе поверхностный приближенный характер и происходит с большой погрешностью и ошибкой.

 

а)                                                   б)

                             

в)                                                   г)

Рис.11. Индикаторы потока на выходе: а) ИРМ (ООО НПФ «Геосфера»), б) ИППЖ (ОАО НПФ "Геофизика"), в) Mud Flow Out Sensor (MFOS) (Weatherford), г) MFOS (Shenkai).

 

Технические характеристики:

Параметр/Индикатор	ИПБР-3310-01.1Е (Т,М)	ИППЖ	ИРПЖ	ИРМ	ICS SF	MFOS	MFOS
Производитель	ЗАО «ГЭЛС»	ОАО НПФ "Геофизика"	ТПГ	ООО НПФ «Геосфера»	ООО «Геотек-Прибор»	Weatherford (США)	Shenkai (Китай)
Диапазон измерений потока, л/с	-	0-50/0-100	-	-	-		-
Диапазон измерений угла отклонения лопатки от вертикали, °(град)	15-85	-	-	0-70	0-75		-
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности, %	±3,0	-	±2,0	-	±5,0	±2,0	-
Воспроизводимость,%	-	-	±1,0	-	-	±1,0	-
Диапазон измеряемого потока, %	-	-	0-100	-	0-100	0-100	0-100
Диапазон рабочих температур окружающей среды, °С	-50... +50	-	-	-40... +65	-	-25... +85	-40... +85
Габаритные размеры, длина х ширина х высота, мм, не более	525x180x195	180х160х165	-	120х160х470	-	-	-
Масса, кг, не более	10	2,5-4,3	-	3,1	-	-	-

 

а)                                                                          б)

  

в)                                                   г)

    

Рис.12. Примеры датчиков расхода промывочной жидкости:

а) электромагнитного и б) кориолисового, установленных в разрез желоба на выходе бурового раствора из скважины; в) доплеровского, установленного на нагнетательной линии манифольда; и г) индикатора бурового раствора, установленного в закрытом желобе на выходе бурового раствора из скважины.

 

 

а)                                                   б)                                                   в)

 

Рис.13. Типовые кривые данных расхода:

а) при бурении; б) при бурение с последующим возникновением осложнения (проявление пластовой воды) и потока в) при промывке, с последующим подъемом и осложнением (возникновение обратного потока, свидетельствующего о сальникообразовании).

 

 

Датчики расхода буровой жидкости

 

Один из важнейших параметров режима промывки скважины – расход буровой жидкости. Контроль за ним в нагнетательной линии насосов и на выходе из скважины позволяет установить возникновение газонефтепроявлений или поглощений, их интенсивность, момент окончания разбуривания поглощающих и проявляющих пластов, оценить эффективность изоляционных работ, т.е. свести к минимуму технико-экономические потери, связанные с осложнениями при бурении.

Разновидности датчиков