引言
高壓泥漿（鉆井液）是石油鉆井作業(yè)工程中的重要組成部分，一方面關(guān)系著安全、快速、鉆井，另一方面關(guān)系著油氣層保護(hù)。在實(shí)際工作中，人們需要掌握進(jìn)出井筒的泥漿流量，目前對(duì)進(jìn)入井筒的流量均采用間接測量法，即測量泥漿泵的沖次，再通過缸套直徑計(jì)算出理論排量，作為進(jìn)入井筒的排量。而理論排量與實(shí)際排量存在差異，如泥漿進(jìn)入缸筒時(shí)由于吸入壓頭等原因不能*充滿，泵由于異物等原因不能*關(guān)閉等等，都可能存在誤差。
由于泥漿是典型的非牛頓流體（即流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不符合常規(guī)牛頓物理學(xué)定律） ，平時(shí)工業(yè)應(yīng)用的流量計(jì)測量的都是常規(guī)牛頓流體，再加上工況壓力高達(dá)30 Mpa，目前國內(nèi)外還沒有流量計(jì)能解決此計(jì)量難題；另外，泥漿含有固體顆粒，壓力高、流速高，易對(duì)流量計(jì)造成磨損，一般流量計(jì)根本無法適用，以至于國內(nèi)外目前沒有任何流量計(jì)能直接測量。
1 主要技術(shù)難點(diǎn)
1）泥漿是非常規(guī)流體——典型的非牛頓流體，運(yùn)動(dòng)規(guī)律不符合常規(guī)流體。想建立數(shù)學(xué)模型不能采用簡單的流體力學(xué)方程——伯努利方程，其深層次的歐拉方程因假設(shè)流體為理想流通——粘度為零，也將不能采用。
2）工況壓力高達(dá)30 Mpa，傳統(tǒng)流量計(jì)無法承受。
3）泥漿含固體顆粒，高壓、高流速下對(duì)管壁磨損嚴(yán)重。所用流量計(jì)還要耐磨損，耐沖刷。
4）現(xiàn)場管道高壓下運(yùn)行時(shí)震動(dòng)很大，流量計(jì)必須抗震動(dòng)，能在震動(dòng)環(huán)境下長期運(yùn)行。
2 大量流量計(jì)的調(diào)查研究
根據(jù)測量泥漿的技術(shù)難點(diǎn)，我們對(duì)各種流量計(jì)進(jìn)行了廣泛的研究。
1）孔板流量計(jì)：占流量計(jì)用量的70%，該產(chǎn)品特點(diǎn)是價(jià)格低廉，研究時(shí)間比較長，在常規(guī)流體中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是，首先，壓力損失太大，增加不必要的動(dòng)力消耗；其次，本身是一種節(jié)流裝置，泥漿中固體顆粒過不去，容易淤積，改變管道內(nèi)截面積的形狀，影響計(jì)量；再次，不耐磨損，精度靠內(nèi)孔一條銳角線保證，稍有0.2 mm的磨損精度就會(huì)受到很大影響。
2）渦街流量計(jì)：它測量流體流過傳感器產(chǎn)生的漩渦頻率反算出流速，進(jìn)而確定流量。測頻率信號(hào)zui大缺點(diǎn)是怕震動(dòng)，現(xiàn)場大型設(shè)備震動(dòng)劇烈，該流量計(jì)根本無法運(yùn)行，再加上需要法蘭連接，耐壓能力不足10 Mpa，因此也無法測量泥漿。
3）電磁流量計(jì)：該流量計(jì)精度高，能測量非牛頓流體。然而泥漿的高壓是電磁無法承受的，因此也無法應(yīng)用。
4）彎管流量計(jì)：利用流體流過90度彎管時(shí)產(chǎn)生的離心力測流量，外弧受到的壓力比內(nèi)側(cè)更高，根據(jù)內(nèi)外側(cè)壓力差計(jì)算流速和流量 ，特點(diǎn)如下：無節(jié)流件，有自清潔功能，固體顆粒不會(huì)淤積在傳感器處，傳感器會(huì)被流體沖刷的干干凈凈；耐磨損：傳感器內(nèi)表面為弧形結(jié)構(gòu)，不易磨損，即使有輕微磨損，由于彎管傳感器是靠整體90度面來保證測量精度，磨損比例很小，精度不易下降；耐高壓：傳感器自身就是一個(gè)有一定尺寸要求的金屬彎頭，材質(zhì)與壁厚都可以與石油管道相同，經(jīng)金屬彎頭承壓計(jì)算，完達(dá)到35 MPa耐壓要求；
抗震動(dòng)：它屬于差壓式流量計(jì)，所有差壓式流量計(jì)都不怕震動(dòng)。因?yàn)檎?fù)壓側(cè)同時(shí)受震動(dòng)，干擾值正好互相抵消。
綜合比較后，我們選擇彎管流量計(jì)作為突破口解決高壓泥漿計(jì)量難題。
3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造
在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)，測量zui關(guān)鍵的難點(diǎn)是要解決導(dǎo)壓管防堵問題。采用隔離液導(dǎo)壓系統(tǒng)，如圖1所示。

隔離罐上方接高靜壓差壓變送器，利用漏斗分別向系統(tǒng)內(nèi)正負(fù)壓側(cè)灌硅油隔離液。例如對(duì)正壓側(cè)灌隔離液，根據(jù)U型管液面平衡原理，只要分別打開差壓正壓側(cè)上方的排氣閥，關(guān)閉同一側(cè)根部閥，通過漏斗可一次性將導(dǎo)壓系統(tǒng)正壓側(cè)灌滿隔離液，操作簡便。運(yùn)行時(shí)打開根部閥投運(yùn)即可。
3由于泥漿比硅油密度大，硅油密度約900 kg/m3，泥漿為1 000~1 300 kg/m ，即使泥漿進(jìn)入隔離罐，也是在下方，不會(huì)污染差壓變送器；同時(shí)硅油與泥漿不互溶，根部閥以上部分始終保持純凈，不會(huì)造成密度變化影響差壓精度。硅油凝固點(diǎn)為零下，能保證大陸冬季正常運(yùn)行。
傳感器采用加厚不銹鋼材質(zhì)，所有焊點(diǎn)經(jīng)全部探傷保證安全。差壓變送器選用日本*品牌EJA-130A，精度0.075%，耐壓42 MPa。
主機(jī)表液晶顯示，外配防爆盒，精度0.05%，功能可根據(jù)現(xiàn)場要求隨時(shí)更換軟件。
整體組裝在華北理工大學(xué)智能儀器廠進(jìn)行，先用水進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，滿足該V型彎管流量計(jì)測量水介質(zhì)精度為0.5%，再拿到石油鉆井工地進(jìn)行泥漿實(shí)驗(yàn)。
4 實(shí)驗(yàn)和修正
經(jīng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誤差是成規(guī)律性變化的。每個(gè)測點(diǎn)的誤差修正后都對(duì)應(yīng)一個(gè)流量系數(shù)，流量系數(shù)變化規(guī)律是隨著流速的提高系數(shù)逐漸減小，并趨于恒定值；隨著粘度的增加系數(shù)逐漸增大。說明流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，隨著雷諾數(shù)的增大流量系數(shù)逐漸減小，大到一定程度系數(shù)為恒定值。
實(shí)驗(yàn)?zāi)酀{為常用泥漿，按該泥漿參數(shù)做的實(shí)驗(yàn)表明，流量高于16 L/s系數(shù)已非常恒定，+1.4%、+1%，系數(shù)修正1%，流量計(jì)完夠保證1.0級(jí)精度。而正常使用的流量恰為18~30 L/s，非常理想。整理兩天全部實(shí)驗(yàn)，描繪出流量系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線，擬合流量系數(shù)修正公式 ，使中、高流量下（大于15 L/s）精度1.0級(jí)，低流量下精度1.5級(jí)。
5 取得的成果
這是國內(nèi)實(shí)現(xiàn)高壓泥漿流量的高精度測量，精度達(dá)1%，耐壓35 MPa。它的研發(fā)成功打破石油鉆井泥漿計(jì)量長期無流量計(jì)的歷史，與以前的間接測量相比，大大減少計(jì)算誤差。用于石油鉆井生
產(chǎn)可幫助判斷泥漿泵故障，有利設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行；在用于固井泥漿量計(jì)量的同時(shí)，與返漿量進(jìn)行對(duì)比，可判斷泥漿在井筒內(nèi)心的漏失量，為提高固井質(zhì)量提供了可靠保證。由于彎管流量計(jì)直接用于測量泥漿并達(dá)到較高的計(jì)量精度，為鉆井生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、鉆井水平和鉆井生產(chǎn)效率的提高提供有效的，拓寬了彎管流量計(jì)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。