渦輪流量計常見故障及異響的分析
摘要：渦輪流量計是固井作中不可缺少的工具，由于使用過程的不可性，往往會出很多。針對流量在固井作中出的行分析，并送器在使用過程中出的特殊響聲做了致研究，***找到了問題的癥所在，提出性的改措施，器的使用和后期提供建性意，有效保障了器在固井作過程中的良好表。
1、概述：
渦輪流量計是固井作業(yè)中技術(shù)人員的“耳目”，為判斷井下、地面施工情況提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)它可以確定注水泥漿量和頂替鉆井液排量，起到預(yù)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，它能測定出頂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 。
| 表 1 儀器常見故障與解決方法 | |||
| 故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 解決方法 | |
| 打開開關(guān)后儀 | ( 1) 儀器沒電或保險絲熔斷 | ( 1) 接通電源或更換保險絲 | |
| 器無反應(yīng) | ( 2) 儀器自身有問題 | ( 2) 檢修儀器 | |
| 顯示 儀 表 對 | ( 1) 放大器與放大器座接觸不好，或者放大器的磁頭磁性弱 | ( 1) 重新插好放大器，并且擦拭干凈 | |
| “校驗 ”信號 | ( 2) 放大器有故障或損壞 | ( 2) 更換放大器 | |
| ( 3) 信號線插頭與放大器接觸不好或者信號線插頭不干凈 | ( 3) 將信號線插頭仔細(xì)擦拭干凈 | ||
| 有顯示但對流 | ( 4) 信號傳輸線開路或短路 | ( 4) 維修或更換信號傳輸線 | |
| 量信號無顯示 | |||
| ( 5) 葉輪被雜物卡住或葉輪偏離水平中心線，無法轉(zhuǎn)動 | ( 5) 更換渦輪變送器 | ||
| ( 1) 實際流量超出儀表的計量范圍或流量不穩(wěn)定 | ( 1) 使被測流量與渦輪變送器的測量范圍相適 | ||
| ( 2) 儀表系數(shù) K 設(shè)置有誤 | 應(yīng)，并穩(wěn)定流量 | ||
| 儀器顯示數(shù)值 | ( 3) 葉輪掛上纖維等雜質(zhì) | ( 2) 使系數(shù) K 設(shè)置正確 | |
| 不穩(wěn): 計量不 | ( 4) 泥漿內(nèi)有氣泡存在 | ( 3) 清洗渦輪變送器 | |
| 準(zhǔn)確，偏差大 | ( 5) 渦輪變送器旁有較強(qiáng)的電磁場干擾 | ( 4) 待穩(wěn)定后取測量值 | |
| ( 6) 渦輪變送器導(dǎo)向架及軸嚴(yán)重磨損，或者橡膠軸承破裂無法支撐軸在水 ( 5) 盡量遠(yuǎn)離干擾源或采取屏蔽措施 | |||
| 平線上轉(zhuǎn)動 | ( 6) 更換“導(dǎo)向架”或“葉輪軸”“橡膠軸承” | ||
| ( 7) 渦輪變送器電纜屏蔽層或其他接地導(dǎo)線與線路地線斷開或接觸不良 | ( 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(nèi)部做高速旋轉(zhuǎn)，只能從排量的變化以及產(chǎn)生的響聲判斷其是否正常工作，而響聲產(chǎn)生的原因主要有以下幾點: 一是前導(dǎo)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 。
3. 1、前導(dǎo)向架未固定：
前導(dǎo)向架的側(cè)棱與殼體內(nèi)壁存在細(xì)微的間隙，如果前導(dǎo)向架的三角爪與臺階面存在細(xì)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(dǎo)向架的作用，前導(dǎo)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(dāng)前導(dǎo)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(zhuǎn)，導(dǎo)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(yīng)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(nèi)壁相互刮擦，使葉輪邊緣嚴(yán)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(nèi)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(dāng)軸輕微偏離水平線旋轉(zhuǎn)時就會在軸承的某方向上留下擠壓的痕跡; 若是軸嚴(yán)重偏離水平線旋轉(zhuǎn)，橡膠軸承承受的應(yīng)力過大就會導(dǎo)致其破裂，使得軸失去水平支撐，與前后導(dǎo)向架還有不銹鋼殼體內(nèi)壁直接接觸，葉輪、軸和導(dǎo)向架內(nèi)壁的嚴(yán)重磨損( 圖 1、2) ，產(chǎn)生連續(xù)的刺耳響聲。
圖 1 導(dǎo)向架內(nèi)壁的磨損對比
由圖 1 可看出非正常磨損的導(dǎo)向架與新導(dǎo)向架內(nèi)壁的差異。這是軸偏離水平線與導(dǎo)向架直接作用的結(jié)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。
圖 2 軸的磨損對比
3. 3、軸與鋼珠彈子間隙不合適：
在放置前后鋼珠彈子時有技巧，技巧在于大彈子放在前導(dǎo)向架里，小彈子放在后導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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。另一方面，彈子太大會造成旋轉(zhuǎn)困難，軸長時間作用在鋼珠彈子的同一部位，那么久而久之軸就會在鋼珠彈子上形成一個凹槽。
4、改進(jìn)方法：
綜上所述，當(dāng)放置前導(dǎo)向架的臺階面凹凸不平時會產(chǎn)生較大異響，并對渦輪變送器的正常工作產(chǎn)生很大影響。
當(dāng)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(dǎo)向架的內(nèi)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(diào)整軸與鋼珠彈子的間隙時不好調(diào)整。
另有兩種方法可供參考，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(shù)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(jié)構(gòu)( 圖 3) 。
圖 3 渦輪流量計殼體外形
圖 3( b) 是構(gòu)想中的殼體，***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) 所示位置裝上一個放大器座后就可以使用。這樣做的原因是因為后導(dǎo)向架始終受到一個向前的作用力，當(dāng)排量變化時，后導(dǎo)向架的 3 個側(cè)棱起到支撐作用，由于其側(cè)棱與渦輪變送器殼體內(nèi)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(zhuǎn)。這樣將報廢的殼體重新利用，節(jié)約了成本，并保證了計量的準(zhǔn)確性。
5、對比驗證：
除前導(dǎo)向支架外，還對后導(dǎo)向架的不平穩(wěn)是否會對渦輪流量計的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響進(jìn)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(yīng)用于坨 128－斜 74 井，該井設(shè)計3 008 m，除去壓塞液 2. 0 m3，替漿量為 34. 5 m3。在測完排量、設(shè)定好這兩個殼體系數(shù)后，記錄了替漿時兩個殼體的每分鐘顯示數(shù)值和***終數(shù)值( 表 2) 。通過試驗對比瞬時排量和總排量，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)安置后導(dǎo)向架的臺階面不平整時，二次儀表上顯示的數(shù)據(jù)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(diào)整系數(shù)來彌補(bǔ)。因此在正常情況下，安置后導(dǎo)向架的臺階面不平整時，渦輪變送器仍能達(dá)到固井時對流量計精度的要求。
| 表 2 | 實驗數(shù)據(jù)對比 | ||||||
| 時間 / | 后臺階面平整 | 后臺階面不平整 | |||||
| 瞬時排量 / | 累計總量 / | 瞬時排量 / | 累計總量 / | ||||
| s | |||||||
| ( m3·min－1 ) | m3 | ( m3·min－1 ) | m3 | ||||
| 1 | 1. 908 | 1. | 908 | 1. 896 | 1. | 922 | |
| 2 | 1. 936 | 3. | 840 | 1. 964 | 3. | 880 | |
| 3 | 1. 922 | 5. | 750 | 1. 957 | 5. | 820 | |
| 4 | 1. 929 | 7. | 680 | 1. 943 | 7. | 760 | |
| 5 | 1. 929 | 9. | 600 | 1. 950 | 9. | 710 | |
| 6 | 1. 943 | 11. | 550 | 1. 943 | 11. | 660 | |
| 7 | 1. 936 | 13. | 470 | 1. 950 | 13. | 610 | |
| 8 | 1. 922 | 15. | 400 | 1. 936 | 15. | 540 | |
| 9 | 1. 929 | 17. | 330 | 1. 929 | 17. | 460 | |
| 10 | 1. 929 | 19. | 240 | 1. 921 | 19. | 380 | |
| 11 | 1. 915 | 21. | 140 | 1. 914 | 21. | 290 | |
| 12 | 1. 922 | 23. | 070 | 1. 914 | 23. | 200 | |
| 13 | 1. 776 | 24. | 900 | 1. 828 | 24. | 020 | |
| 14 | 1. 832 | 26. | 710 | 1. 821 | 26. | 820 | |
| 15 | 1. 818 | 28. | 510 | 1. 814 | 28. | 630 | |
| 16 | 1. 804 | 30. | 320 | 1. 814 | 30. | 440 | |
| 17 | 1. 412 | 31. | 760 | 1. 430 | 31. | 900 | |
| 18 | 1. 434 | 33. | 220 | 1. 423 | 33. | 430 | |
| 19 | 1. 305 | 34. | 680 | 1. 314 | 34. | 870 | |
| 與標(biāo)準(zhǔn)設(shè) | 0. | 35% | 與標(biāo)準(zhǔn)設(shè) | 1. | 07% | ||
| 計的誤差 | 計的誤差 | ||||||
渦輪流量計產(chǎn)品：
6、結(jié)論：
( 2) 驗證了當(dāng)安置后導(dǎo)向架的臺階面不平整時，
( 3) 通過前面的故障與異響分析，以及對比驗證數(shù)據(jù)，找到了癥結(jié)所在。為了使流量計能夠良好地服務(wù)于固井作業(yè)施工，根據(jù)分析結(jié)論與改進(jìn)措施，已經(jīng)完成了部分流量計的升級改造，并在現(xiàn)場試驗與應(yīng)用過程中取得了良好的效果。