[摘要]
渦輪流量計是固井作業(yè)中不可缺少的工具,由于使用過程的不可見性,往往會出現(xiàn)很多問題。針對渦輪流量計在固井作業(yè)中出現(xiàn)的問題進行總結分析，并對渦輪變送器在使用過程中出現(xiàn)的特殊響聲做了細致研究,最終找到了問題的癥結所在,提出針對性的改進措施,為儀器的現(xiàn)場使用和后期維護提供建設性意見,有效保障了儀器在固井作業(yè)過程中的良好表現(xiàn)。
1概述
渦輪流量計是固井作業(yè)中技術人員的“耳目”,為判斷井下、地面施工情況提供科學依據。根據它可以確定注水泥漿量和頂替鉆井液排量,起到預防憋泵、保障安全和提高頂替效率的作用。在注水泥漿過程中,渦輪流量計能測定出注水泥漿的瞬時排量和累計總量,可以有效防止水泥返高不足的情況發(fā)生。在頂替鉆井液的過程中,它能測定出項替鉆井液的瞬時排量和累計總量,可以防止留水泥塞事故發(fā)生印。
渦輪流量計由渦輪變送器和二次儀表組成,當被測液體經過渦輪變送器時,渦輪變送器內的葉輪借助液體的動能旋轉2)。此時，葉輪葉片使檢出裝置中的磁路磁阻發(fā)生周期性變化,在檢出線圈兩端感應出頻率與流量成正比的電脈沖信號,經放大器放大后通過數據線傳輸給二次儀表。
2
.儀器常見故障分析與解決方法
| 故障現(xiàn)象 |
可能原因 |
解決辦法 |
打開開關后儀器無反應 |
(1)儀器沒電或保險絲熔斷
(2)儀器自身有問題 |
(1)接通電源或更換保險絲
(2)檢修儀器 |
顯示儀表對校驗”信號有顯示但對流量信號無顯示 |
(1)放大器與放大器座接觸不好,或者放大器的磁頭磁性弱
(2)放大器有故障或損壞
(3)信號線插頭與放大器接觸不好或者信號線插頭不干凈
(4)信號傳輸線開路或短路
(5)葉輪被雜物卡住或葉輪偏離水平中心線.無法轉動 |
(1)重新插好放大器，并且擦拭干凈
(2)更換放大器
(3)將信號線插頭仔細擦拭干凈
(4)維修或更換信號傳輸線
(5)更換渦輪變送器 |
儀器顯示數值不穩(wěn):計量不正確,偏差大 |
(1)實際流量超出儀表的計量范圍或流量不穩(wěn)定
(2)儀表系數K設置有誤
(3)葉輪掛上纖維等雜質
(4)泥漿內有氣泡存在
(5)渦輪變送器旁有較強的電磁場干擾
(6)渦輪變送器導向架及軸嚴重磨損,或者橡膠軸承破裂無法支撐軸在水平線上轉動!
(7)渦輪變送器電纜屏蔽層或其他接地導線與線路地線斷開或接觸不良 |
(1)使被測流量與渦輪變送器的測量范圍相適應，并穩(wěn)定流量
(2)使系數K設置正確
(3)清洗渦輪變送器
(4)待穩(wěn)定后取測量值
(5)盡量遠離千擾源或采取屏蔽措施
(6)更換“導向架”或“葉輪軸"“橡膠軸承"
(7)接好信號線,或者更換信號線 |
3渦輪流量計使用時出現(xiàn)的異常響聲分析
由于渦輪變送器使用時葉輪在不銹鋼殼體內部做高速旋轉，只能從排量的變化以及產生的響聲判斷其是否正常工作，而響聲產生的原因主要有以下幾點:一是前導向架未固定住;二是橡膠軸承變形或破裂;三是軸與鋼珠彈子的間隙不合適[5)。
3.1前導向架未固定
前導向架的側棱與殼體內壁存在細微的間隙，如果前導向架的三角爪與臺階面存在細微間隙，在泥漿的沖擊下三角爪便會撞擊臺階面，此時響聲中能聽出在前臺階面有輕微的撞擊聲和刮擦聲。
三角爪撞擊臺階面一段時間后，使三角爪邊緣呈斜坡型，壓環(huán)失去固定前導向架的作用，前導向架便在臺階面上來回撞擊摩擦臺階面,使臺階面出現(xiàn)凹槽，此時在殼體前部分會聽到連續(xù)刺耳的響聲。
3.2橡膠軸承變形或破裂
當前導向架未固定住或軸太短時，葉輪在泥漿沖擊力的作用下偏離水平線旋轉，導致支撐軸的橡膠軸承受力不平衡。鑒于泥漿的溫度很高，在不平衡應力長時間作用下，橡膠軸承很容易變形甚至破裂。而葉輪邊緣與渦輪變送器殼體之間的間隙很小，其內壁相互刮擦,使葉輪邊緣嚴重磨損，此時在安置放大器處能聽到連續(xù)的刺耳響聲,在變送器殼體內壁能清晰的看到刮痕。
正常磨損的橡膠軸承的中心孔很均勻，呈比較規(guī)則的圓,僅直徑比新的大。當軸輕微偏離水平線旋轉時就會在軸承的某方向上留下擠壓的痕跡;若是軸嚴重偏離水平線旋轉，橡膠軸承承受的應力過大就會導致其破裂，使得軸失去水平支撐，與前后導向架還有不銹鋼殼體內壁直接接觸，葉輪、軸和導向架內壁的嚴重磨損(圖12),產生連續(xù)的刺耳響聲。
由圖1可看出非正常磨損的導向架與新導向架內壁的差異。這是軸偏離水平線與導向架直接作用的結果;由圖2可看出軸的磨損情況，正常磨損的軸其前后端大小變化不大，只是長短有變化，而非正常磨損的軸因過度磨損而呈現(xiàn)錐形。
渦輪變送器是由軸高速旋轉切割磁感線產生感應電流，所以保證軸在任何時候都能平穩(wěn)地旋轉至關重要。在調節(jié)軸與鋼珠彈子之間的間隙時,盡量使軸與彈子的間隙在1~2mm。若間隙太小，軸旋轉的阻力大,不能正確測量小排量時的流量;若間隙太大，當排量變化時，軸不能保持在水平位置旋轉，導致橡膠軸承變形甚至破裂，葉輪容易刮擦不銹鋼殼體內壁產生異常響聲。
在放置前后鋼珠彈子時有技巧，技巧在于大彈子放在前導向架里，小彈子放在后導向架里。在測排量時，由于排量從小到穩(wěn)定有個過程,葉輪和軸會受到朝斜上方和向前的推力,此時后導向架里的橡膠軸承通過自身變形釋放軸受到向上的力。若是后導向架里的鋼珠彈子太大，軸插入橡膠軸承中心孔的長度太短，橡膠軸承容易變形破裂。另方面,彈子太大會造成旋轉困難，軸長時間作用在鋼珠彈子的同-部位,那么久而久之軸就會在鋼珠彈子上形成一個凹槽。
4改進方法
綜上所述，當放置前導向架的臺階面凹凸不平時會產生較大異響，并對渦輪變送器的正常工作產生很大影響。
當前臺階面出現(xiàn)凹槽時,常用的方法是用銑刀將凹凸不平的臺階面銑平整，由于導向架的內徑、軸的長度、壓環(huán)的高度限制了鋼珠彈子的直徑，用該方法在調整軸與鋼珠彈子的間隙時不好調整。
另有兩種方法可供參考,第-種方法是用焊條點焊,將不平的臺階面焊平。此方法除了技術上的困難外，即使焊平了,在泥漿高速的沖擊下很快也會變得凹凸不平,不能長期使用。
第二種方法是改變渦輪流量計殼體的自身結構(圖3)。
圖3(b)是構想中的殼體,最大的差別是安置放大器座的位置與現(xiàn)用殼體的相比它們不在同一圓周上，而是在同一條直線上，只要在現(xiàn)有的殼體上照圖3(b)所示位置裝上-個放大器座后就可以使用。這樣做的原因是因為后導向架始終受到一個向前的作用力,當排量變化時，后導向架的3個側棱起到支撐作用,由于其側棱與渦輪變送器殼體內壁的間隙很小,所以在替漿的過程中保證了軸不會因為排量的不穩(wěn)定而偏離水平線旋轉。這樣將報廢的殼體重新利用,節(jié)約了成本,并保證了計量的正確性。
5對比驗證
除前導向支架外，還對后導向架的不平穩(wěn)是否會對渦輪流量計的正確性產生影響進行了對比驗證。將一個后臺階面不平整的殼體與后臺階面平整的殼體相連接,應用于坨128-斜74井,該井設計3008m,除去壓塞液2.0m³,替漿量為34.5m³。在測完排量、設定好這兩個殼體系數后,記錄了替漿時兩個殼體的每分鐘顯示數值和最終數值(表2)。通過試驗對比瞬時排量和總排量,可以發(fā)現(xiàn)當安置后導向架的臺階面不平整時,二次儀表上顯示的數據依然能保持穩(wěn)定,波動小，且其累計總量和完好的渦輪變送器相比兩者的誤差不超過1%,這點差距完全可以通過精心保養(yǎng)和調整系數來彌補。因此在正常情況下,安置后導向架的臺階面不平整時,渦輪變送器仍能達到固井時對流量計精度的要求。
6結論
(1)安置前導向架的臺階面是否平整直接影響渦輪變送器的正常工作,導致一系列的問題出現(xiàn)。
(2)驗證了當安置后導向架的臺階面不平整時,渦輪變送器仍然能正常工作,不會出現(xiàn)特殊響聲。
(3)通過前面的故障與異響分析,以及對比驗證數據,找到了癥結所在。為了使流量計能夠良好地服務于固井作業(yè)施工，根據分析結論與改進措施，已經完成了部分流量計的升級改造,并在現(xiàn)場試驗與應用過程中取得了良好的效果。
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