引言
高壓泥漿（鉆井液）是石油鉆井作業工程中的重要組成部分，一方面關系著安全、快速、鉆井，另一方面關系著油氣層保護。在實際工作中，人們需要掌握進出井筒的泥漿流量，目前對進入井筒的流量均采用間接測量法，即測量泥漿泵的沖次，再通過缸套直徑計算出理論排量，作為進入井筒的排量。而理論排量與實際排量存在差異，如泥漿進入缸筒時由于吸入壓頭等原因不能*充滿，泵由于異物等原因不能*關閉等等，都可能存在誤差。
由于泥漿是典型的非牛頓流體（即流體的運動規律不符合常規牛頓物理學定律） ，平時工業應用的流量計測量的都是常規牛頓流體，再加上工況壓力高達30 Mpa，目前國內外還沒有流量計能解決此計量難題；另外，泥漿含有固體顆粒，壓力高、流速高，易對流量計造成磨損，一般流量計根本無法適用，以至于國內外目前沒有任何流量計能直接測量。
1 主要技術難點
1）泥漿是非常規流體——典型的非牛頓流體，運動規律不符合常規流體。想建立數學模型不能采用簡單的流體力學方程——伯努利方程，其深層次的歐拉方程因假設流體為理想流通——粘度為零，也將不能采用。
2）工況壓力高達30 Mpa，傳統流量計無法承受。
3）泥漿含固體顆粒，高壓、高流速下對管壁磨損嚴重。所用流量計還要耐磨損，耐沖刷。
4）現場管道高壓下運行時震動很大，流量計必須抗震動，能在震動環境下長期運行。
2 大量流量計的調查研究
根據測量泥漿的技術難點，我們對各種流量計進行了廣泛的研究。
1）孔板流量計：占流量計用量的70%，該產品特點是價格低廉，研究時間比較長，在常規流體中應用廣泛。缺點是，首先，壓力損失太大，增加不必要的動力消耗；其次，本身是一種節流裝置，泥漿中固體顆粒過不去，容易淤積，改變管道內截面積的形狀，影響計量；再次，不耐磨損，精度靠內孔一條銳角線保證，稍有0.2 mm的磨損精度就會受到很大影響。
2）渦街流量計：它測量流體流過傳感器產生的漩渦頻率反算出流速，進而確定流量。測頻率信號zui大缺點是怕震動，現場大型設備震動劇烈，該流量計根本無法運行，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：該流量計精度高，能測量非牛頓流體。然而泥漿的高壓是電磁無法承受的，因此也無法應用。
4）彎管流量計：利用流體流過90度彎管時產生的離心力測流量，外弧受到的壓力比內側更高，根據內外側壓力差計算流速和流量 ，特點如下：無節流件，有自清潔功能，固體顆粒不會淤積在傳感器處，傳感器會被流體沖刷的干干凈凈；耐磨損：傳感器內表面為弧形結構，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有一定尺寸要求的金屬彎頭，材質與壁厚都可以與石油管道相同，經金屬彎頭承壓計算，完達到35 MPa耐壓要求；
抗震動：它屬于差壓式流量計，所有差壓式流量計都不怕震動。因為正負壓側同時受震動，干擾值正好互相抵消。
綜合比較后，我們選擇彎管流量計作為突破口解決高壓泥漿計量難題。
3 系統的設計和制造
在現場應用時，測量zui關鍵的難點是要解決導壓管防堵問題。采用隔離液導壓系統，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內正負壓側灌硅油隔離液。例如對正壓側灌隔離液，根據U型管液面平衡原理，只要分別打開差壓正壓側上方的排氣閥，關閉同一側根部閥，通過漏斗可一次性將導壓系統正壓側灌滿隔離液，操作簡便。運行時打開根部閥投運即可。
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 ，即使泥漿進入隔離罐，也是在下方，不會污染差壓變送器；同時硅油與泥漿不互溶，根部閥以上部分始終保持純凈，不會造成密度變化影響差壓精度。硅油凝固點為零下，能保證大陸冬季正常運行。
傳感器采用加厚不銹鋼材質，所有焊點經全部探傷保證安全。差壓變送器選用日本*品牌EJA-130A，精度0.075%，耐壓42 MPa。
主機表液晶顯示，外配防爆盒，精度0.05%，功能可根據現場要求隨時更換軟件。
整體組裝在華北理工大學智能儀器廠進行，先用水進行實流標定，滿足該V型彎管流量計測量水介質精度為0.5%，再拿到石油鉆井工地進行泥漿實驗。
4 實驗和修正
經系統實驗，發現誤差是成規律性變化的。每個測點的誤差修正后都對應一個流量系數，流量系數變化規律是隨著流速的提高系數逐漸減小，并趨于恒定值；隨著粘度的增加系數逐漸增大。說明流量系數與雷諾數有關，隨著雷諾數的增大流量系數逐漸減小，大到一定程度系數為恒定值。
實驗泥漿為常用泥漿，按該泥漿參數做的實驗表明，流量高于16 L/s系數已非常恒定，+1.4%、+1%，系數修正1%，流量計完夠保證1.0級精度。而正常使用的流量恰為18~30 L/s，非常理想。整理兩天全部實驗，描繪出流量系數隨雷諾數的變化曲線，擬合流量系數修正公式 ，使中、高流量下（大于15 L/s）精度1.0級，低流量下精度1.5級。
5 取得的成果
這是國內實現高壓泥漿流量的高精度測量，精度達1%，耐壓35 MPa。它的研發成功打破石油鉆井泥漿計量長期無流量計的歷史，與以前的間接測量相比，大大減少計算誤差。用于石油鉆井生
產可幫助判斷泥漿泵故障，有利設備的安全穩定運行；在用于固井泥漿量計量的同時，與返漿量進行對比，可判斷泥漿在井筒內心的漏失量，為提高固井質量提供了可靠保證。由于彎管流量計直接用于測量泥漿并達到較高的計量精度，為鉆井生產工藝的改進、鉆井水平和鉆井生產效率的提高提供有效的，拓寬了彎管流量計應用技術領域。