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泥浆液位计在钻井作业中应用选型探讨

 摘要:先容石油和地质勘探钻井中常用的泥浆罐液位传感器,包括磁翻柱液位计、雷达液位计、超声波液位计的工作原理、安装方式、适用范围、技术指标等。为泥浆罐液位传感器选型提供参考。

 
0引言
泥浆是钻井液的俗称,是石油和地质勘探钻井作业的“血液”,主要由水、黏土和化学添加剂组成,作为钻井作业的润滑剂与冷却剂,可以平衡地层压力。钻井泥浆罐是泥浆循环系统配制泥浆的容器,作用是负荷从钻井井口到泥浆泵中的泥浆,泥浆罐的振动筛、除泥器等装置,能分离出泥浆中较大的岩屑,通过混配装置保持钻井液密度基本稳定,以适应钻井工艺要求。泥浆液位的变化直接反映钻井作业工况,泥浆液位实时监测能预防井涌或漏失,可以避免重大事故,对钻井安全作业有着重大意义。
 
常见的泥浆罐液位传感器有磁翻柱液位计、雷达液位计和超声波液位计。
 
1磁翻柱液位计
磁翻柱液位计(图1)采用磁性藕合隔离器密闭结构,常用于石油化工生产过程中的液位测量与控制。常见的十大赌博靠谱信誉平台有顶装式、侧装型、保温型、防腐型等。
磁翻柱液位计
1.1工作原理
磁翻柱液位计采用具有磁性的浮子元件进行测量,当泥浆罐中的液面升高时,传感器磁性浮子随着液面增加而上浮,通过磁耦合转达至磁翻柱指示器,使红、白色翻柱转动,液面升高时翻柱翻转成红色,液面降低时翻柱翻转成白色。红色与白色更迭的标尺表示液位实际距离,实现泥浆液位测量。
1.2安装方式
磁翻柱液位计通常采用顶装式安装。选择安装位置时应避
开或远离泥浆罐入料口,液位计零位与泥浆罐底部处于同一水平线;当泥浆罐较高时,需增加中间加固材料作为强度支撑。导管和测量管务必保持垂直,上下浮球连杆不得弯曲,需垂直插入。同时加强防腐层的保护,两边可加固定索,保证仪器在恶劣环境下工作稳定。
1.3适用范围
磁翻柱液位计磁钢驱动翻柱显示,无需能源、结构简单、显示直观、价格便宜。适用于易燃、易爆和腐蚀液位检测。磁翻柱液位计加装磁性开关可配置为电气接点上、下限开关输出;也可通过转换模块配置成变送器二线制4~20mA标准信号输出,可远距离传输信号。泥浆罐通常选用不锈钢和ABS工程塑料材质外壳。磁翻柱液位计采用接触式安装,长时间使用本体内有介质沉淀物,影响浮子动作甚至卡住,必须不定期清洗主导管并清除结垢物。磁翻柱液位计安装体积较大,不能测量含有较大气泡的液体。
 
1.4技术性能
泥浆罐磁翻柱液位计技术性能如表1所示。
泥浆罐磁翻柱液位计技术性能
2雷达液位计
雷达液位计(图2)采用发射高频微波脉冲、高频微波脉冲时域反射原理结构,常用于储蓄罐体中的液位测量与监测。雷达液位计分为非接触式的棒式天线雷达、喇叭口天线雷达液位计和接触式的杆、缆、同轴导波雷达液位计。
高频雷达液位计
2.1工作原理
雷达液位计以时域反射原理为基础,雷达液位计的电磁波脉冲以光速运行,当电磁脉冲遇到介质表面时,电磁脉冲的部分脉冲被反射形成回波,回波沿着发射传播路径回到电磁发射装置,电磁脉冲的传播时间与发射装置距被测介质表面的距离与成正比,雷达液位计可以通过电子元件将运行时间转换成物位信号,经过仪表内部计算得出液位高度。
2.2安装方式
雷达液位计通常采用法兰连接,盲区一般在30~50cm。雷达液位计安装时必须将传感器轴线垂直介质表面,正下方不能设置障碍物。雷达液位计信号发射区域需避开剧烈搅动区域,以避免虚假波的信号输出。同时需避开进出料口,罐体顶部为拱形时,安装时需避开拱形正上方,下方为锥形时需安装在罐顶中央。不可贴罐壁安装,以避开涡流区域。
2.3适用范围
雷达液位计应用于浆料、小型储蓄罐、腐蚀性液体测量。雷达液位计采用一体化设计,不会由于摩擦和使用而造成损耗,可有效使用寿命较长,数字元件显示清晰直观,法兰或螺纹接口便于后期维护。导波式雷达液位计对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力,导波管可以较好克服波幅较大的液面,但泥浆罐中容易有介质附着。非接触式雷达液位计不接触介质,后期维护工作简易。高频脉冲雷达液位计能在恶劣环境下工作,并可保持工作时的稳定性。雷达液位计和其他型号的液位计相比较,价格贵一些。泥浆罐液位随着搅拌、入料会产生波动,雷达液位计会有少数虚假波信号输出。
2.4技术性能
泥浆罐雷达液位计技术性能如表2所示。
泥浆罐雷达液位计技术性能
 
3超声波液位计
超声波是一种机械波,其特点是频率高、波长短、不易绕射、方向性好。超声波在液、固介质中传播衰退较小,穿透能力强,泥浆是对光不透明的介质,超声波碰到泥浆液面会有显著的反射,超声波液位计(图3)就是利用了它的这一特征。从结构形式上可将超声波液位计分为一体式和分体式两种类型。
超声波液位计
3.1工作原理
超声波液位计在微处理器的控制下发射超声波,声波在泥浆罐内部传播,当声波遇被测介质表面时,声波会沿着发射路径进行反射,反射的声波有部分被超声波液位计接收,并通过电子器件转换成电信号,依据声波在空气中传播时间(T)来计算超声波液位计与被测介质之间的距离(S)。计算公式:S=C×T/2。式中,C是声波传播速度。
3.2安装方式
超声波有盲区,安装时必须预留超声波液位计安装位置与泥浆罐顶部的距离。超声波液位计探头需与被测介质面保持平行,发射装置与被测介质之间不得有阻碍物,以保证测量的准确性。发射装置不可安装在入料口上方与强涡流区域,避免声波遇到料物反射。不可贴罐体设备内壁安装,确声波被设备内壁反射会造成声波无法接收。当泥浆罐较高时,可采用分体式超声波液位计。
3.3适用范围
超声波液位计采用LCD/LED数字式显示,可以直观、清晰地查看液位数据,智能信号处理可以更准确地实施测量,价格适中。传感器探头与内部无机械运动部件,采用非接触式测量不易有介质的附着、留垢,装置小巧便于后期维护。超声波液位计通常采用ABS工程塑料外壳,适用于易爆、腐蚀性等储蓄罐的测量。当泥浆罐较高时可采用分体式超声波液位计,主机可放置泥浆罐体下方。泥浆罐电机搅拌时,泥浆会产生泡沫和波幅,当泥浆表面泡沫和波幅较大时,会吸取超声波脉冲能量,测量会存在一定误差,可加大发射功率或在泥浆罐中加装导波管隔离泡沫以提高测量的准确性。
3.4技术性能
泥浆罐磁翻柱液位计技术性能如表3所示。
泥浆罐超声波液位计技术性能
4结语
近年来,石油和地质勘探装备逐渐走向高端市场,随着钻井技术的发展,石油钻井工程对钻机配套设备的性能、技术水平提出了更高的要求,本文先容了常用的泥浆罐液位传感器的工作原理、安装方式、适用范围、技术指标等,希翼对钻井配套仪表中泥浆罐液位传感器的选型有一定借鉴意义。
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