[摘要]
渦輪流量計是固井作業中不可缺少的工具,由于使用過程的不可見性,往往會出現很多問題。針對渦輪流量計在固井作業中出現的問題進行總結分析，并對渦輪變送器在使用過程中出現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過程中的良好表現。
1概述
渦輪流量計是固井作業中技術人員的“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: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，并穩定流量
(2)使系數K設置正確
(3)清洗渦輪變送器
(4)待穩定后取測量值
(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,使臺階面出現凹槽，此時在殼體前部分會聽到連續刺耳的響聲。
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地旋轉至關重要。在調節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定而偏離水平線旋轉。這樣將報廢的殼體重新利用,節約了成本,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,可以發現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。
(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,并在現場試驗與應用過程中取得了良好的效果。
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