浅谈钻机模块灰罐称重系统改造及应用

浅谈钻机模块灰罐称重系统改造及应用

韩彦明

中海油田服务股份有限公司 河北省 三河市 065201

摘要：钻井灰罐是钻完井作业中接收、存放、输送重晶石、土粉、水泥粉状物质的容器，其中称重系统是灰罐一个重要的组成部件，称重系统单由导波传感器可连续测量罐内粉状物质的水平高度，并将信号传输到DAQ用于计算及处理，从而计算出罐内粉状物质的重量的称重方式，在实际应用过程中经常出现罐内物质重量显示不准确问题。经分析，由于此导波传感器测量的位置高度准确性偏差，导致系统计算显示的重量不准确。保留系统中原料位传感器，升级加装一套压电式灰罐称重装置，用称重传感器直接测量灰罐及罐内散料重量，称重传感器通过称重支座安装在灰罐支腿上，灰罐的四条支腿中两条支腿安装称重支座，另外两条支腿安装铰链。在原有的系统基础上增加灰罐内材料重量的显示，使显示屏可以同时显示储灰罐内材料的料位及重量，方便现场使用人员的要求。经实践应用，压电式灰罐称重装置稳定性更好，称重显示准确性更高。通过对两种称重方式的准确性，可靠性，经济型等进行优劣对比分析和经验总结。在今后石油行业中灰罐称重系统称重方式选择给与借鉴。

关键词：灰罐称重系统；压电式灰罐称重装置；导波雷达传感器；钻机。

引言：2007年墨西哥四套模块钻机灰罐称重系统设计是由数据采集系统（DAQ），显示器，导波雷达传感器3部分组成。在实际钻完井作业接收、输送重晶石，土粉，水泥过程中经常出现重量显示不准确问题。多次遭受甲方投诉和罚款。经对存在问题系统分析排查，设备并无故障点，主要问题存在于导波传感器测量准确性问题。导波传感器安装在罐顶部的盲板法兰上，和罐内一根不锈钢缆相连。钢缆尾部与焊接在罐底部的加固物绑在一起。导波雷达传感器是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达料位计，雷达料位计的电磁脉冲以光速沿钢缆传播，当遇到被测介质表面时，雷达料位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路经返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出物料高度。由于灰罐的输灰作业是由低压空气进行，空气中多混杂水，会导致钢缆上附着物料介质，从而引起高度测量不准确，导致物料重量计算不准确。鉴于灰罐内部复杂的工况环境，采用直接称重的机械方式能更准确的测量罐内物料的重量。对该称重系统进行升级改造，增加一套压电式灰罐称重装置。

正文：

1. 改造方案

1.1 概述

墨西哥模块钻机灰罐系统由3具水泥罐和3具重晶石罐组成，水泥罐的额定容积为40m^3,，重晶石罐的容积为30m³，水泥罐和重晶石罐分别安装在两个橇块上。此次改造方案是在原有的系统基础上增加灰罐内材料重量的显示，使显示屏可以同时显示储灰罐内材料的料位及重量，方便现场使用人员的要求。

1.2 升级改造内容

1.2.1保留原灰罐料位传感器；

1.2.2每个灰罐配备2个重量测量传感器，包括传感器，测量支座及配套的支腿铰接支座；每个罐的两个支腿上焊接安装轴销式铰接支座，在另一侧的两个支腿上焊接安装传感器用铰接支座。传感器的测量支座配备固定螺栓，在风暴情况下可对传感器进行锁紧，防止罐体在风暴情况下剧烈晃动损坏传感器。

传感器主要数据：

• 测量方式 压电式测量；

• 材质：1Cr13 不锈钢

• 安装方式：销轴

• 量程：0-70T

• 信号：0-10mV

• 精度;0.5%

• 防护等级：IP66

• 环境温度：-20°C～70°C

1.2.3更换采集箱，用于采集新安装的称重传感器信息以及原有的料位传感器、压力传感器信号。新采集箱材质为316不锈钢，防护等级IP56，适合室外安装。

1.2.4 为保证称重传感器自由承受罐体及物料重量，消除由于硬连接对传感器受力造成干扰，所以与罐体相连接的管线均需由硬连接改造成软连接。

2. 优劣分析

2.1压电式灰罐称重装置是比较直接的称重方式，直接对罐体总重量测取信号，误差较小，稳定性强，故障率低。在实际运用中也比较广泛。由于钻井作业环境较为恶劣并复杂，风暴情况下会对罐体有较大的晃动，避免传感器受损，设计的传感器的测量支座紧固螺栓保证了其安全性，需明确规范安全操作细则。较导波雷达传感器测量方式费用要稍高。

2.2 导波雷达传感器测量方式不适合环境较为复杂的物料位置的测量。

3. 结束语

通过在墨西哥模块钻机灰罐称重系统导波雷达传感器测重方式的实际应用，以及系统升级改造成压电式灰罐称重装置方式后的应用对比。压电式灰罐称重装置源理更为简单，误差较小，稳定性强，不受操作环境，介质环境的影响，得到了普遍的推广应用。系统导波雷达传感器测重方式由于受介质环境，影响较大，称重误差较大，操作维护更为繁琐，不推荐在复杂介质环境条件下使用。

参考文献:

1） 重晶石灰罐称重系统的选型应用

《 石化技术》 ， 2018．

2）刘九卿.轴销式称重传感器及其应用[J].衡器, 2008

3）杨青锋.几种常见称重传感器技术特性及应用的介绍与分析[J].衡器，2015

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