摘(zhai)要:電磁流(liu)量在油田(tian)開發中主(zhu)要應用于(yu)水井的👨‍❤️‍👨分(fen)層流量測(ce)試和驗漏(lou)。電磁流量(liang)計 受到測(ce)井環境、套(tao)管狀況、井(jing)内流體性(xing)質等因素(su)的影響,會(hui)出現🏒示值(zhi)偏差,介紹(shao)電磁流量(liang)計原理，同(tong)時就影☂️響(xiang)流量計🤩測(ce)井的幾個(ge)因素進行(hang)了淺析,對(dui)油田後期(qi)開發測井(jing)生産☔有指(zhi)導作用。
1前(qian)言
　　吸水剖(pou)面測井資(zi)料是油田(tian)測井不可(ke)缺少的動(dong)态監測資(zi)料👉，當油田(tian)開發進人(ren)中後期,正(zheng)确掌握注(zhu).水井各🛀小(xiao)層的吸水(shui)情況能夠(gou)爲油藏中(zhong)和調整,挖(wa)潛增效提(ti)供可靠的(de)數據。
　　目前(qian)進行的分(fen)層流量測(ce)井是通過(guo)直讀式電(dian)磁流量計(ji)下人注🧑🏽‍🤝‍🧑🏻水(shui)井中，在正(zheng)常配注情(qing)況下測取(qu)水井各個(ge)層位對于(yu)注人🧑🏽‍🤝‍🧑🏻水的(de)分配比例(li),從而根據(ju)測量結果(guo)對⁉️水井進(jin)🙇🏻行調剖堵(du)水，提高注(zhu)人水在各(ge)個層位的(de)波及系數(shu),提高油層(ceng)的驅油效(xiao)率,從而提(ti)高采收率(lü)。電磁流量(liang)計是随着(zhe)電子技術(shu)的發展而(er)迅速🏃‍♀️發展(zhan)起來的基(ji)于法拉第(di)電磁感應(ying)定理的用(yong)來測量導(dao)電性液體(ti)體積流量(liang)的儀表。與(yu)其它流量(liang)測量儀表(biao)相比，電磁(ci)流量計具(ju)有一-些突(tu)出的優點(dian):測量有導(dao)電性💁的介(jie)質的流量(liang)不受其溫(wen)度、豁度、密(mi)😘度、壓力等(deng)物理參數(shu)的影響;無(wu)機械慣性(xing),反映✔️靈敏(min),可測㊙️瞬時(shi)脈動流.量(liang);直線性好(hao)，測量精度(du)高,測量範(fan)圍寬☁️，耐腐(fu)蝕性能強(qiang)等等,因此(ci)在衆多的(de)流量儀表(biao)中,電磁流(liu)量計成爲(wei)發展最快(kuai)的流量儀(yi)表之一。.
2電(dian)磁流量計(ji)測量原理(li)
　　直讀電磁(ci)流量計的(de)測量原理(li)基于法拉(la)第電磁感(gan)應定律。電(dian)磁流量計(ji)的測量原(yuan)理如圖1所(suo)示,當流體(ti)在磁場中(zhong)☀️作切割磁(ci)🐉力線運動(dong)時,流體中(zhong)帶電粒子(zi)🏃🏻受羅侖磁(ci)力的作用(yong)将感應出(chu)與流速成(cheng)正比的感(gan)應電動勢(shi)，當流速分(fen)布相對于(yu)測量管中(zhong)心軸對稱(cheng)時,電極檢(jian)測💛到的流(liu)量信号将(jiang)與被測流(liu)體的平均(jun)流速成正(zheng)比,然後求(qiu)得液體的(de)體積流量(liang)。
 
　　電磁流量(liang)計儀器的(de)内部結構(gou)如圖2所示(shi)。在均勻磁(ci)✨場中📐,安置(zhi)--根非導磁(ci)材料制成(cheng)的内徑爲(wei)d且在内壁(bi)襯有絕緣(yuan)材料🍉的測(ce)量導管。當(dang)導電液體(ti)在.測量導(dao)管流動時(shi),将作切割(ge)磁力線運(yun)動。假設所(suo)有液體質(zhi)點都以平(ping)均流速V運(yun)✔️動,液流速(su)✌️度在整個(ge)測量導管(guan)⭕的截面上(shang)是均勻一(yi)緻的。把液(ye)體看成許(xu)多.直徑爲(wei)💋d且連續運(yun)動着的薄(bao)圓盤結構(gou)🧡,薄盤等效(xiao)于長度爲(wei)d的導電體(ti),其切割🈲磁(ci)力線的速(su)度相當于(yu)V。由電磁感(gan)應原理可(ke)知,在液體(ti)薄圓盤内(nei)将産生連(lian)㊙️續的感應(ying)電動勢E:
 
式(shi)中:E一感應(ying)電動勢(V);
B一(yi)磁感應強(qiang)度(T);
d一測量(liang)導管直徑(jing)(cm);
V一被測液(ye)體的平均(jun)流速(cm/s)。
　　感應(ying)電動勢E可(ke)通過位于(yu)測量導管(guan)直徑兩端(duan)的一💜對電(dian)極輸出。E的(de)方向垂直(zhi)于液體流(liu)向和磁力(li)線方向,可(ke)用右手定(ding)則判斷。
通(tong)過導管的(de)流量q爲
 
　　由(you)上式可知(zhi),對于帶電(dian)粒子均勻(yun)分布的流(liu)體,當磁場(chang)❤️強度一定(ding)時,感應電(dian)壓與流體(ti)的流速成(cheng)線性關🌈系(xi),與流體的(de)溫度、壓力(li)、密度和粘(zhan)度等物理(li)參數無關(guan),所以電磁(ci)流🌍量計具(ju)有許多其(qi)它機械式(shi)流量計無(wu)可比拟的(de)優點，能🏃‍♂️實(shi)現大量程(cheng)範圍的精(jing)度高測量(liang)。直讀式電(dian)磁流量計(ji)原理框圖(tu)如圖3所示(shi)。
 
　　當磁感應(ying)強度B保持(chi)常數時,被(bei)測流體的(de)體積流量(liang)q與✨感應電(dian)📞動勢E成正(zheng)比。即
 
　　式(4)是(shi)在均勻直(zhi)流磁場條(tiao)件下導出(chu)的。由于直(zhi)流磁場使(shi)🥰管♉道中的(de)導電液體(ti)電解,電極(ji)極化,所以(yi)會影響測(ce)量的🌈精度(du)。因此通常(chang)采用交流(liu)磁場工作(zuo),交流磁場(chang)的磁感應(ying)強度B表示(shi)爲:
 
　　式(8)說明(ming),當d一定及(ji)磁感應強(qiang)度B保持常(chang)數時，被測(ce)流體的體(ti)積流量q與(yu)兩極間的(de)電動勢E成(cheng)正比，由此(ci)可以得到(dao)被測流體(ti)的流量。
　　電(dian)磁流量計(ji)主要用于(yu)測量電導(dao)率大于10-4/cm·Ω的(de)單相流♋體(ti)。不适用😘氣(qi)體、蒸汽。可(ke)進行雙向(xiang)流動測量(liang)。對儀表前(qian)後直管🐆段(duan)的要求不(bu)高,不受流(liu)體的溫度(du)、壓力、密度(du)、粘度等參(can)數的影響(xiang)。但被測流(liu)體内不應(ying)有不均勻(yun)的氣體和(he)固體,不🔱應(ying)有大量的(de)磁性物質(zhi)。
 
3重29電磁流(liu)量計響應(ying)影響因素(su)分析
　　電磁(ci)流量計常(chang)被用來測(ce)量管道中(zhong)導電流體(ti)的流✔️量,不(bu)管👨‍❤️‍👨流體的(de)性質如何(he)，隻要其具(ju)有微弱的(de)導電👄性(電(dian)導率💋＞8X10-5m/s)即可(ke)進行測量(liang)。通常油田(tian)注人的聚(ju)合物混合(he)液的導電(dian)🐉性能良好(hao),符合這種(zhong)測🌈量條件(jian)。
　　電磁流量(liang)計自從商(shang)品化以來(lai),其技術進(jin)步十分明(ming)🔞顯,新材料(liao)🔞、新設計尤(you)其是采用(yong)了大規模(mo)集成電路(lu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、單片機和(he)☔計算機,其(qi)技術👉性能(neng)指标和功(gong)能都有很(hen)大提高,特(te)别是抗幹(gan)擾能力、可(ke)靠性和穩(wen)定性的改(gai)善尤爲明(ming)🔆顯。從以上(shang)推導的表(biao)達式看,感(gan)應電壓與(yu)流體的流(liu)速成線性(xing)關系，似乎(hu)與其它因(yin)素無關。事(shi)🆚實上,客觀(guan)條件的限(xian)制導緻了(le)🌈電磁流量(liang)計還受到(dao)以下因素(su)的影響📱,影(ying)響大時流(liu)量計甚至(zhi)不能正常(chang)工作,具體(ti)分析如下(xia);
3.1流速分布(bu)影響
　　當流(liu)速分布相(xiang)對于測量(liang)管中心軸(zhou)對稱時,電(dian)極檢測到(dao)的流量信(xin)号将與被(bei)測流體的(de)平均流速(su)成正.比。當(dang)流速分布(bu)相對管中(zhong)心爲非軸(zhou)對稱時,還(hai)用，上述公(gong)式計算流(liu)量時将會(hui)産生測量(liang)誤差。因爲(wei)電極上得(de)到的感生(sheng)電動勢是(shi)測量管内(nei)所有液體(ti)共同貢獻(xian)的結果,每(mei)一個流體(ti)質點都有(you)貢🤞獻。由于(yu)各個流體(ti)質點相對(dui)于電極的(de)幾何✂️位置(zhi)不同,即使(shi)☂️各質👉點速(su)度一樣,它(ta)們對電動(dong)🌐勢的貢獻(xian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻也是不同(tong)的。越💔靠近(jin)電極的質(zhi)點對電動(dong)勢的貢獻(xian)越大🏒。也就(jiu)是說,電極(ji)附近的感(gan)應電動勢(shi)較大,與兩(liang)電極平面(mian)成90度☂️的地(di)方的流體(ti)産生的感(gan)應電動勢(shi)就小。如果(guo)電極😍附近(jin)的流速非(fei)軸對稱偏(pian)大，測得的(de)流量信号(hao)就比㊙️實際(ji)流量值大(da);反之,電極(ji)附近的流(liu)速非軸對(dui)稱偏小,測(ce)得的流量(liang)信号也就(jiu)偏小。爲了(le)消除由于(yu)流速分布(bu)而産生的(de)測量誤差(cha),在電磁流(liu)量傳感器(qi)前應有--定(ding)長度的直(zhi)管段,以保(bao)證流速的(de)軸🔞對稱分(fen)布。
3.2磁場邊(bian)緣效應影(ying)響
　　由前述(shu)可知,電磁(ci)流量計的(de)基本表達(da)式是在假(jia).定沿流♍體(ti)👌的流動方(fang)向，上磁場(chang)始終是均(jun)勻爲前提(ti)下推導而(er)得到的。這(zhe)就意味📐着(zhe)沿管軸方(fang)向上的磁(ci)場無限長(zhang),而實際流(liu)量計的線(xian)圈長度是(shi)有限的,并(bing)且爲了實(shi)現流量計(ji)的小型化(hua),總是希望(wang)勵磁線圈(quan)和測量管(guan)的長度越(yue)短越好。這(zhe)樣就會出(chu)現磁場邊(bian)緣效應,即(ji)磁場軸🌐向(xiang)長度對感(gan)應電動勢(shi)幅值和勵(li)磁線圈兩(liang)端㊙️的磁感(gan)應強度不(bu)均勻。磁場(chang)中間部分(fen)大緻⛱️是均(jun)勻的,兩端(duan)則逐漸減(jian)弱,形成不(bu)均勻的邊(bian)緣,最後.下(xia)降爲零。使(shi)得液體内(nei)部電場E也(ye)不均勻,産(chan)生渦電流(liu)。由渦電流(liu)所産生的(de)二次磁通(tong)反過來改(gai)變磁場邊(bian)緣部分的(de)工作磁通(tong),使磁場的(de)均勻性進(jin)--步遭到破(po)壞。這時在(zai)電極.上測(ce)量到的感(gan)應電動勢(shi)與無限長(zhang)磁🌏場下的(de)感應電動(dong)勢不一樣(yang),産生了誤(wu)差。理論分(fen)析表明,爲(wei)了減少邊(bian)緣效應🍉,勵(li)磁線圈的(de)軸向長度(du)應爲測量(liang)管内徑的(de)1.4~1.52倍。這樣才(cai)可以使電(dian)極.上産生(sheng)的感應電(dian)動勢接近(jin)于無限長(zhang)磁🈲場的理(li)論✍️計算值(zhi)。
　　假如管壁(bi)是導電的(de)，磁場邊緣(yuan)效應更加(jia)明顯，從而(er)導緻電☀️極(ji).上感應電(dian)動勢的損(sun)失增加,所(suo)以管壁通(tong)💯常要塗_上(shang)絕緣層。假(jia)如介質的(de)電導率極(ji)高(如液.态(tai)金屬),磁場(chang)邊緣⛱️區域(yu)兩側的磁(ci)場分别被(bei)削弱和增(zeng)強。所以測(ce)量電導率(lü)高的介質(zhi)不宜用交(jiao)流勵磁，而(er)應用直流(liu)勵👨‍❤️‍👨磁。若被(bei)測介☂️質中(zhong)含有導磁(ci)性物質(鐵(tie)🔞鑽、鎳之類(lei)),磁場邊緣(yuan)效應就更(geng)複雜。由于(yu)導磁性物(wu)質的存在(zai)，使磁場發(fa)生嚴重畸(ji)變,造成測(ce)量的非線(xian)性。
3.3液體電(dian)導率影響(xiang)
　　使用電磁(ci)流量計的(de)前提條件(jian)是被測液(ye)體必須是(shi)導🧡電的,不(bu)能低于阈(yu)值(即下限(xian)值)。電導率(lü)低于阈值(zhi)會産生測(ce)❄️量誤差直(zhi)至不能使(shi)用。通用型(xing)電磁流量(liang)計的阈值(zhi)在10-4~(5X10-6)s/cm之間。電(dian)磁流量計(ji)🌈不适用于(yu)電導率很(hen)低的介質(zhi)的根本原(yuan)因在于傳(chuan)感器與轉(zhuan)換器的阻(zu)抗匹配問(wen)題。目前,轉(zhuan)換器的輸(shu)人阻抗一(yi)-般隻能達(da)到100~200M,也就是(shi)說要🌏保證(zheng)0.1%的傳輸精(jing)度傳感器(qi)内阻☂️Rs必須(xu)小于100~200KΩ。若電(dian)極直徑0.01m,可(ke)得到被測(ce).介質🔆電導(dao)率的最低(di)值🆚。
 
　　工業用(yong)水及其水(shui)溶液的電(dian)導率大于(yu)10-4s/cm,酸、堿、鹽液(ye)的💚電導率(lü)在10-4~10-1s/cm之間,使(shi)用不存在(zai)問題，低度(du)蒸餾水爲(wei)10-5S/cm也不存在(zai)問題。石油(you)制品和有(you)機溶劑電(dian)導率過低(di)就❤️不能使(shi)用。對于氣(qi)體、蒸氣以(yi)及含大量(liang)氣泡的液(ye)體就無法(fa):使用了。
3.4流(liu)體粘度、流(liu)體溫度及(ji)環境溫度(du)影響
　　通常(chang)認爲電磁(ci)流量計所(suo)測體積流(liu)量不受液(ye)體電導率(lü)(隻要大于(yu)某一阈值(zhi))、液體粘度(du)、液體溫度(du)和環境溫(wen)度等參量(liang)的影📧響。但(dan)實際應用(yong)中,流體粘(zhan)度、流體溫(wen)度⭐及環境(jing)溫度等或(huo)多或少對(dui)測量有些(xie)影響。實驗(yan)研究表明(ming)，如果要求(qiu)精度較高(gao),基本🙇‍♀️誤差(cha)小于💜0.5%~1%,則液(ye)體粘度🌍、液(ye)體溫度和(he)環境溫度(du)的影響就(jiu)不可✏️忽略(lue);如果要求(qiu)測量精度(du)不高,可以(yi)忽略不計(ji)。
3.5流體含有(you)混入物影(ying)響
　　電磁流(liu)量計在許(xu)多使用狀(zhuang)況下,被測(ce)流體中都(dou)會含有混(hun)♉人物。一般(ban)而言,混人(ren)成泡狀流(liu)的微小油(you)氣泡仍🆚可(ke)正常工作(zuo),但🤞測得的(de)是含油氣(qi)泡體積的(de)混.合體積(ji)😘流量;如果(guo)油氣體含(han)量增加到(dao)形成彈狀(zhuang)流，因電極(ji)可能被氣(qi)體蓋住使(shi)電路瞬間(jian)斷開,出現(xian)輸出晃動(dong)甚至❓不能(neng)正常工作(zuo)。
　　含有非鐵(tie)磁性顆粒(li)或纖維的(de)固液兩相(xiang)流同樣可(ke)以測👌得❓其(qi)體積流量(liang)。固體含量(liang)較高的流(liu)體,如鑽井(jing)泥漿、鑽探(tan)固井水泥(ni)漿、紙漿等(deng)實際上已(yi)屬非牛頓(dun)流體。由于(yu)固體在載(zai)體液中-.起(qi)流動,兩者(zhe)之間有滑(hua)動,速度上(shang)有差異,單(dan)🛀🏻相流液體(ti)校驗的儀(yi)表用于固(gu)液兩相流(liu)會産生誤(wu)差。雖然還(hai)未見到電(dian)磁流量計(ji)應用于固(gu)液兩相流(liu)中固型物(wu)影響的系(xi)統實驗報(bao)告,但國外(wai)有報道🌈稱(cheng)固型物含(han)量有14%時誤(wu)差在3%範圍(wei)❌内。
3.6附着和(he)沉澱影響(xiang)
　　電磁流量(liang)計使用時(shi)間長或者(zhe)是用于測(ce)量易附着(zhe)和沉⭐澱物(wu)質🌈的流體(ti)時,會在管(guan)壁，上産生(sheng)附着層，若(ruo)附着的是(shi)比液體電(dian)導率高的(de)導電物質(zhi),信号将被(bei)短路不能(neng)工作,若是(shi)非導電物(wu)質則首先(xian)應注意電(dian)極的污染(ran)😄。若附着于(yu)襯裏管璧(bi)層爲氧化(hua)🧡鐵鏽層,或(huo)以金屬爲(wei)主要成分(fen)的燃料,其(qi)電導率㊙️大(da)于液體電(dian)⭐導率,測得(de)的❗流量值(zhi)将比實際(ji)流量小;若(ruo)爲碳酸鈣(gai)等水垢層(ceng),其電導率(lü)低于液體(ti),測得的測(ce)量值将高(gao)于實際流(liu)量。若附着(zhe)層電導率(lü)與液體相(xiang)同,按上式(shi)計算附加(jia)👨‍❤️‍👨誤差爲零(ling),但☎️僅局限(xian)于附着層(ceng)厚度👣小的(de)條件。此種(zhong)情況下,流(liu)通面積減(jian)小,但平均(jun)流速增加(jia)✏️，二者相互(hu)間可抵消(xiao)。
3.7電極表面(mian)效應影響(xiang)
　　電極表面(mian)效應分爲(wei)表面化學(xue)反應、電化(hua)學和極.化(hua)👣現象以及(ji)電極的觸(chu)媒作用三(san)方面。化學(xue)反應效應(ying)如電極表(biao)面與被測(ce)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻介質🐪接觸(chu)後,形成鈍(dun)化膜或氧(yang)化層。它們(men)對耐腐蝕(shi)性💜能起到(dao)積極的保(bao)護作用,但(dan)也可能增(zeng)加接觸電(dian)阻。電化學(xue)✨電勢變化(hua)和極化現(xian).象會産生(sheng)幹擾電勢(shi)而形成噪(zao)聲。漿液噪(zao)聲和流動(dong)噪聲即是(shi)電極表面(mian)噪聲的表(biao)🛀🏻現。漿液噪(zao)聲是在測(ce)量泥漿纖(xian)維等液♈固(gu)兩相📐流時(shi)，固體顆粒(li)(或液體中(zhong)的氣泡)擦(ca)過電極表(biao)面,電極表(biao)面接觸電(dian)化學電勢(shi)突然變化(hua)❄️,輸出流量(liang)信号出現(xian)尖峰脈沖(chong)狀噪聲。流(liu)❌體噪聲是(shi)在測量較(jiao)低電導率(lü)液體流量(liang)時,電極的(de)電化學電(dian)勢定期變(bian)化，産生随(sui)流速增加(jia)而頻率增(zeng)⭕加的随機(ji)噪聲,引起(qi)儀表輸出(chu)出♍現波動(dong)現象。極化(hua)電勢是電(dian)感生電動(dong)勢在兩電(dian)極極性不(bu)同,導緻電(dian)解質在電(dian)極表面産(chan)生極化。雖(sui)然交變勵(li)磁将極化(hua)電勢減弱(ruo)了幾個數(shu)🍉量級,但不(bu)能完全消(xiao)除極化電(dian)勢幹擾的(de)影響。極化(hua)電勢和液(ye)體介質性(xing)質以及電(dian)⭕極材料性(xing)質有關。
3.8變(bian)壓器效應(ying)影響
　　電磁(ci)流量計的(de)兩個電極(ji)、輸入輸出(chu)回路和介(jie)質一起構(gou)成了🐆一♍個(ge)閉合回路(lu)。勵磁線圈(quan)相當于變(bian)壓器的初(chu)級線圈,該(gai)閉合回路(lu)相當于次(ci)級線圈。這(zhe)個次❤️級線(xian)圈不可能(neng)㊙️與勵磁磁(ci)力線🔱完全(quan)平行，總有(you)一部分交(jiao)變的磁力(li)線穿過該(gai)閉合回路(lu)平面,形成(cheng)了所謂的(de)“變壓器🏃效(xiao)應”。幹擾電(dian)動勢e,,根據(ju)楞次定律(lü)得:
 
　　可見e1與(yu)勵磁電源(yuan)頻率有關(guan),而與流量(liang)大小和傳(chuan)感器口徑(jing)📐無關。降低(di)勵磁電源(yuan)頻率可減(jian)小這種幹(gan)擾。
4結論
　　在(zai)石油開發(fa)中,測井是(shi)一個非常(chang)重要的環(huan)節，測井儀(yi)器是石油(you)測井使用(yong)的專業測(ce)量器具,直(zhi)接影響油(you)井的測㊙️量(liang)結果，在油(you)田📱後期開(kai)發難度不(bu)斷加大情(qing)況下,積極(ji)應用測井(jing)新設備、新(xin)技術是提(ti)高測井💘成(cheng)功率的💃有(you)效途徑,在(zai)測井實際(ji)工作中🐆盡(jin)量規避🐪電(dian)磁流量的(de)影響因素(su),爲油田後(hou)期高⚽效開(kai)發提供的(de)技術支撐(cheng)。

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