摘要:電磁(ci)流量在油(you)田開發中(zhong)主要應用(yong)于水井的(de)分層流量(liang)測試和驗(yan)漏。電磁流(liu)量計
受到(dao)測井環境(jìng)、套管狀況(kuang)、井内流體(tǐ)性質等因(yin)素的影💯響(xiang),會⛷️出現示(shi)值偏差,介(jiè)紹電磁流(liú)量計原理(lǐ)，同時就影(yǐng)響流⛱️量計(jì)測井的幾(ji)個因素進(jìn)行了淺析(xī),對油田後(hòu)期開發測(cè)井生産有(you)指導作用(yong)。
1前言
吸水(shui)剖面測井(jing)資料是油(yóu)田測井不(bu)可缺少的(de)動态監測(ce)資料，當🎯油(yóu)田開發進(jin)人中後期(qi),正确掌握(wò)注.水井各(gè)小層👄的吸(xī)水情況能(néng)夠爲油藏(cáng)中和調整(zhěng),挖潛增效(xiao)提供可靠(kao)的數據。
目(mù)前進行的(de)分層流量(liàng)測井是通(tōng)過直讀式(shì)電磁流量(liàng)計下⚽人注(zhu)🛀🏻水井中，在(zai)正常配注(zhù)情況下測(ce)取水井各(ge)個❤️層位對(duì)于🙇🏻注人🌂水(shui)的🏃分配比(bǐ)例,從而根(gēn)據測量結(jie)果對水井(jing)進‼️行調剖(pou)堵水，提高(gao)注人水在(zài)各個層位(wèi)的波及系(xì)數,提高♻️油(yóu)層的驅油(you)效率,從而(ér)提高采👨❤️👨收(shou)率。電磁流(liú)量計是随(suí)着電子技(jì)術的發展(zhǎn)而迅速發(fā)展起來的(de)🔆基于法拉(lā)第電磁👌感(gan)應定理的(de)用來測量(liàng)導電性🐅液(yè)體體積流(liu)量🌈的儀表(biao)。與其它流(liú)量測量儀(yí)表相比，電(diàn)磁流量🐅計(jì)具有一-些(xiē)突出的👄優(yōu)點:測量有(yǒu)導電性的(de)介質的流(liú)量不受其(qí)溫度、豁度(du)、密度、壓☔力(lì)等物理參(cān)數的影響(xiǎng);無機械慣(guan)性,反映靈(ling)敏,可測瞬(shùn)時脈動流(liú).量;直線性(xìng)好，測量精(jing)度高,測量(liàng)範圍寬😄，耐(nài)腐蝕性能(néng)強等等,因(yīn)此在衆🏒多(duō)的流量儀(yi)表中,電🈚磁(cí)流量計成(cheng)爲發展最(zuì)快的流量(liang)💋儀表之一(yī)。.
2電磁流量(liang)計測量原(yuan)理
直讀電(dian)磁流量計(ji)的測量原(yuan)理基于法(fǎ)拉第電磁(ci)感應定律(lǜ)♊。電磁流量(liang)計的測量(liàng)原理如圖(tú)1所示,當流(liu)體🔱在磁場(chang)中作切割(gē)磁力線運(yùn)動時,流體(tǐ)中帶電粒(lì)子受羅侖(lùn)磁力的❓作(zuò)用将感應(yīng)出😍與流速(sù)成正比的(de)感應電動(dong)勢，當流速(su)分布相對(dui)于測量管(guan)中心軸對(dui)稱💰時,電極(jí)檢測到的(de)流量信号(hao)将與被測(cè)流體的平(ping)均流速成(chéng)正比,然後(hòu)求得液體(ti)的體積流(liu)量。
電磁流(liu)量計儀器(qi)的内部結(jié)構如圖2所(suo)示。在均勻(yun)磁場中,安(ān)✌️置--根非導(dao)磁材料制(zhì)成的内徑(jìng)爲d且在内(nèi)壁襯有🔞絕(jué)緣材料的(de)測量導管(guan)。當導電液(yè)體在.測量(liang)導管流動(dòng)時,将作切(qiē)割磁‼️力線(xiàn)運動。假設(shè)所有液體(ti)質點都以(yǐ)平🆚均流速(sù)V運動,液流(liú)速😘度在整(zhěng)個測量導(dǎo)管✊的截面(mian)上是均勻(yún)一緻的。把(bǎ)液體看成(chéng)許多.直徑(jìng)爲😘d且連續(xù)運動❤️着🔴的(de)薄圓盤結(jié)構,薄盤等(deng)效于長度(du)爲d的導電(dian)體,其切割(ge)磁力線的(de)速度相當(dang)于V。由電磁(ci)感應原理(lǐ)可知,在液(ye)體⛷️薄圓盤(pán)内将産生(shēng)連續的感(gǎn)應電動勢(shì)E:
式中:E一感(gǎn)應電動勢(shi)(V);
B一磁感應(ying)強度(T);
d一測(ce)量導管直(zhí)徑(cm);
V一被測(cè)液體的平(ping)均流速(cm/s)。
感(gǎn)應電動勢(shì)E可通過位(wei)于測量導(dǎo)管直徑兩(liǎng)端的一對(dui)電極輸出(chū)。E的方向垂(chui)直于液體(tǐ)流向和磁(cí)力線方向(xiàng),可用右手(shǒu)定則判🥰斷(duan)。
通過導管(guǎn)的流量q爲(wèi)
由上式可(ke)知,對于帶(dai)電粒子均(jun1)勻分布的(de)流體,當磁(cí)場強度一(yī)定時,感應(ying)電壓與流(liú)體的流速(sù)成線性關(guān)系,與流體(ti)☀️的溫度、壓(yā)力、密度和(he)粘度等物(wù)理參數無(wu)⁉️關,所以電(diàn)磁流🔅量計(ji)具有許多(duo)其它機械(xiè)式流量計(jì)✔️無可比拟(nǐ)的優點，能(néng)實現大量(liang)程範圍的(de)📧精度高測(ce)量。直讀式(shi)電📞磁流量(liàng)計原理框(kuang)圖如圖3所(suo)示。
當磁感(gǎn)應強度B保(bao)持常數時(shi),被測流體(tǐ)的體積流(liú)量🚶♀️q與感應(ying)電動勢E成(chéng)正比。即
式(shì)(4)是在均勻(yun)直流磁場(chǎng)條件下導(dao)出的。由于(yu)直流磁場(chǎng)使管道中(zhōng)的導電液(yè)體電解,電(dian)極極化,所(suǒ)以會影響(xiǎng)測量的精(jīng)度。因此通(tong)常采用交(jiao)流磁場工(gōng)作,交流磁(cí)場的磁感(gǎn)應強度B表(biao)示爲:
式(8)說(shuō)明,當d一定(ding)及磁感應(ying)強度B保持(chi)常數時，被(bèi)測流體的(de)🔱體積流㊙️量(liàng)q與兩極間(jian)的電動勢(shì)E成正比，由(yóu)此可📱以得(dé)到被測流(liu)❤️體的流量(liang)。
電磁流量(liang)計主要用(yòng)于測量電(diàn)導率大于(yú)10-4/cm·Ω的單相流(liú)體🌂。不适用(yong)氣體、蒸汽(qi)。可進行雙(shuang)向流動測(cè)量。對儀表(biǎo)前後直管(guǎn)段的要求(qiú)不高,不受(shòu)流體的溫(wen)度、壓力、密(mì)度、粘度等(deng)參數💛的影(yǐng)響🐕。但被測(cè)🌐流體内不(bu)應有不均(jun)勻的氣體(tǐ)和固體,不(bu)應有大量(liang)的磁性物(wù)質。
3重29電磁(cí)流量計響(xiang)應影響因(yīn)素分析
電(dian)磁流量計(ji)常被用來(lái)測量管道(dao)中導電流(liu)體的流☎️量(liàng),不管流體(tǐ)👉的性質如(ru)何，隻要其(qi)具有微弱(ruò)的導電性(xing)(電導率＞8X10-5m/s)即(jí)可♊進行🏃🏻♂️測(ce)量。通常油(you)田注人的(de)聚合物混(hùn)合液的導(dǎo)電🈚性能良(liáng)♌好,符合這(zhè)種測量條(tiáo)件。
電磁流(liú)量計自從(cong)商品化以(yǐ)來,其技術(shu)進步十分(fen)明⭕顯,新🧑🏾🤝🧑🏼材(cai)㊙️料、新設計(jì)尤其是采(cǎi)用了大規(gui)模集成電(dian)路、單片🏃🏻機(jī)和計算機(jī),其技術🔞性(xìng)能指标和(he)功能都有(yǒu)很大提高(gao),特别是抗(kang)幹擾能力(lì)、可靠性和(hé)穩定性的(de)改善尤爲(wei)明顯。從以(yǐ)上推導的(de)表❌達式看(kan),感😄應電壓(yā)與流體的(de)流速成線(xian)性關系，似(si)乎與其它(ta)因素無關(guān)。事實上,客(ke)觀條🏃🏻♂️件的(de)限制導緻(zhi)了電磁流(liú)量計還受(shòu)到以下因(yin)素✌️的影響(xiǎng),影響大時(shi)流量計甚(shèn)至不能正(zheng)常💚工作,具(jù)體分析如(rú)下;
3.1流速分(fen)布影響
當(dāng)流速分布(bu)相對于測(cè)量管中心(xīn)軸對稱時(shi),電極檢測(cè)📧到的流量(liang)信号将與(yu)被測流體(ti)的平均流(liú)速成正.比(bǐ)。當流速分(fèn)布相對管(guǎn)中心爲非(fei)軸對稱時(shi),還用，上💚述(shù)公式計算(suàn)流量時将(jiāng)會産生測(ce)量誤差。因(yin)爲電極上(shang)得到的感(gan)生電動勢(shì)是測量管(guǎn)内所有㊙️液(yè)體共同貢(gong)獻的結果(guo),每一個流(liú)體質點都(dōu)有貢獻。由(yóu)于各個流(liú)體質點相(xiang)對于電極(jí)的幾何位(wei)置不同,即(ji)使各質🔱點(dian)速度一樣(yang),它們對電(dian)動勢的貢(gong)獻也是不(bu)同的。越靠(kào)近電極的(de)質點對🌍電(diàn)動勢的貢(gòng)獻越大。也(yě)就是說,電(dian)極附近的(de)感應電動(dòng)勢較大,與(yǔ)兩電極平(ping)面成90度的(de)地方的流(liú)體産生的(de)感應電動(dong)勢就小🧑🏽🤝🧑🏻。如(rú)果電極附(fù)近的流速(sù)非軸對稱(chēng)偏大，測得(dé)的流量信(xìn)号就比實(shí)際流量值(zhí)大;反之,電(dian)極附近🔴的(de)流速非軸(zhou)對稱偏🛀🏻小(xiao),測得的流(liú)量信号也(yě)就偏小。爲(wèi)了消除🧑🏽🤝🧑🏻由(yóu)于流速分(fèn)布而産生(sheng)的測量誤(wu)差,在電磁(cí)流量傳感(gan)器前應有(yǒu)--定長度的(de)直管段,以(yi)保證流速(sù)的軸🌂對稱(chēng)分布。
3.2磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)影響
由前(qián)述可知,電(dian)磁流量計(jì)的基本表(biao)達式是在(zài)假.定沿流(liu)體的💋流動(dòng)方向，上磁(cí)場始終是(shì)均勻爲前(qián)提下推導(dǎo)而得到的(de)🐆。這就意味(wei)着沿管軸(zhou)方向上的(de)磁場無限(xiàn)長,而實際(jì)🌍流量計的(de)線圈長度(dù)是有限的(de),并且爲了(le)實現流量(liàng)計的小型(xing)化,總是希(xī)望勵磁線(xian)圈和🧑🏾🤝🧑🏼測量(liang)管的長度(du)越短越好(hǎo)。這樣就會(hui)出✊現磁場(chǎng)邊緣🐆效應(yīng),即磁場軸(zhou)向長度對(duì)感應電動(dong)勢幅值和(hé)勵磁線圈(quan)兩端的磁(cí)感應強度(du)不均勻。磁(ci)場中間部(bu)分大緻✂️是(shi)均勻的,兩(liǎng)端則逐漸(jian)減弱,形成(cheng)不均勻的(de)邊緣👣,最後(hòu).下降爲零(ling)。使得液體(tǐ)内部🏃電場(chang)E也不均勻(yun),産生渦電(dian)流。由渦電(dian)流所産生(shēng)的二次磁(ci)通反過來(lái)改變🏒磁場(chǎng)邊緣部分(fèn)的工作磁(ci)通,使磁場(chang)的均勻性(xing)進--步遭到(dao)破壞。這時(shí)在電極.上(shàng)測量到的(de)感應電動(dòng)勢與無限(xiàn)長磁✉️場下(xia)的感應電(diàn)動勢不一(yī)樣,産生了(le)誤差。理論(lùn)分析表明(míng)🈲,爲了減少(shao)邊緣效應(ying),勵磁線圈(quan)的軸向長(zhǎng)度應爲測(ce)量管内徑(jìng)的1.4~1.52倍。這樣(yang)才可以使(shi)電極.上産(chǎn)生的感🍉應(yīng)電動勢接(jie)✏️近于無限(xian)長磁💃🏻場的(de)理論計算(suàn)值。
假如管(guǎn)壁是導電(diàn)的，磁場邊(biān)緣效應更(gèng)加明顯，從(cóng)而導👅緻電(diàn)極👉.上感應(yīng)電動勢的(de)損失增加(jia),所以管壁(bì)通常要塗(tu)_上絕緣層(céng)。假如介質(zhì)的電導率(lü)極高(如液(yè).态金屬),磁(cí)💘場邊緣區(qū)域兩側的(de)磁場分别(bié)🙇🏻被削弱和(hé)增強。所以(yi)測量電導(dao)率高的介(jiè)質不宜用(yòng)交流勵磁(cí)，而應用直(zhí)流勵磁。若(ruo)被測介質(zhì)中含有導(dǎo)磁性物質(zhi)(鐵鑽、鎳之(zhī)類),磁場邊(bian)緣效應就(jiu)更🙇🏻複雜。由(yóu)于導磁性(xing)物質的存(cun)在，使磁場(chǎng)♈發生嚴重(zhòng)畸變,造成(cheng)測量的非(fei)線性。
3.3液體(ti)電導率影(ying)響
使用電(dian)磁流量計(ji)的前提條(tiáo)件是被測(ce)液體必須(xu)是導電的(de),不能低于(yu)阈值(即下(xia)限值)。電導(dao)率低于阈(yu)值會産生(sheng)測量誤差(cha)直至不能(néng)使用。通用(yòng)型電磁流(liu)量計的阈(yù)📱值在10-4~(5X10-6)s/cm之間(jian)。電磁流量(liang)計不适用(yòng)♊于電導率(lü)很低的介(jiè)質的根本(ben)原🌈因在于(yú)傳感器與(yǔ)轉換器的(de)阻抗匹配(pei)問題。目前(qian),轉換器的(de)輸人阻抗(kàng)一-般隻能(néng)達到100~200M,也就(jiù)是說要保(bǎo)證0.1%的傳輸(shu)精💚度傳感(gan)器内阻Rs必(bi)須小于100~200KΩ。若(ruo)電極直徑(jìng)0.01m,可得到被(bei)測.介質電(diàn)導率的最(zui)低值🌏。
工業(yè)用水及其(qi)水溶液的(de)電導率大(dà)于10-4s/cm,酸、堿、鹽(yan)液的電導(dǎo)率😍在10-4~10-1s/cm之🤟間(jiān),使用不存(cun)在問題，低(di)度蒸餾水(shui)爲10-5S/cm也不存(cún)在問題。石(shi)🏃♀️油制品和(he)‼️有機溶劑(ji)電導率過(guò)低就不能(neng)使用。對于(yu)氣體、蒸氣(qì)以及含大(da)量氣泡的(de)液體就無(wu)法:使用了(le)。
3.4流體粘度(du)、流體溫度(dù)及環境溫(wen)度影響
通(tōng)常認爲電(dian)磁流量計(ji)所測體積(ji)流量不受(shòu)液體電導(dǎo)率👣(隻🙇♀️要大(da)于某一阈(yu)值)、液體粘(zhān)度、液體溫(wen)度和環境(jìng)溫🌈度等參(can)量的影✨響(xiang)。但實際應(yīng)用中,流體(tǐ)粘度、流㊙️體(ti)溫度及環(huan)境溫度等(deng)或多或少(shǎo)對測量有(yǒu)些影響。實(shí)驗研究表(biao)明，如果要(yào)求精度較(jiào)高,基本誤(wu)差小于0.5%~1%,則(ze)液體粘度(du)、液體溫度(dù)和📧環境溫(wen)度的影響(xiǎng)就不可忽(hu)略;如果要(yao)求👅測量精(jing)度不高🈚,可(kě)以忽略不(bú)計。
3.5流體含(han)有混入物(wu)影響
電磁(ci)流量計在(zai)許多使用(yòng)狀況下,被(bèi)測流體中(zhōng)都會含🏃🏻有(yǒu)混人物。一(yī)般而言,混(hùn)人成泡狀(zhuang)流的微小(xiao)油氣泡仍(reng)可正常工(gōng)作,但測得(de)的是含油(yóu)氣泡體積(ji)的混.合體(tǐ)積流量;如(rú)果油氣體(tǐ)含量增加(jia)到形成彈(dan)狀流，因電(dian)極可能被(bei)氣體🚶♀️蓋住(zhu)使電路瞬(shùn)間斷開,出(chu)現輸出晃(huang)動甚至🐅不(bú)能正常工(gōng)作。
含有非(fēi)鐵磁性顆(ke)粒或纖維(wei)的固液兩(liang)相流同樣(yàng)可🔴以測得(de)其體積流(liu)量。固體含(han)量較高的(de)流體,如鑽(zuan)井泥漿、鑽(zuàn)探固井水(shuǐ)泥🈲漿、紙漿(jiang)等實際上(shàng)已屬非牛(niú)頓流體。由(yóu)于固體在(zai)載體液中(zhōng)-.起流動,兩(liǎng)者之間有(yǒu)滑動,速度(dù)上有差異(yi),單相流液(yè)體校驗的(de)儀表用于(yú)固🏃🏻液兩相(xiang)流會産生(shēng)誤差。雖💞然(ran)還未見到(dào)電磁流量(liàng)計應用于(yu)固液兩相(xiang)流中固型(xíng)物影響的(de)系統實驗(yan)報🚶♀️告,但國(guo)外有報道(dao)稱固型物(wù)含量有✔️14%時(shi)誤差在3%範(fàn)圍💜内。
3.6附着(zhe)和沉澱影(yǐng)響
電磁流(liu)量計使用(yong)時間長或(huò)者是用于(yú)測量易附(fu)着和沉澱(diàn)物質的流(liu)體時,會在(zài)管壁，上産(chan)生附着層(ceng)，若附着的(de)是比液🎯體(tǐ)電導率高(gāo)的導電物(wù)質,信号将(jiang)被短路不(bú)能工作,若(ruò)是非導電(diàn)物質則首(shou)先應注意(yi)電🌈極的污(wu)染。若附着(zhe)于襯裏管(guan)璧層爲氧(yang)化鐵鏽層(ceng),或🔴以金屬(shǔ)爲主要成(chéng)分的燃料(liào),其電導率(lǜ)大于液體(tǐ)電導率,測(ce)得的流量(liàng)值将比實(shi)際流量小(xiao);若爲碳酸(suan)鈣等水垢(gou)層🌈,其電導(dǎo)率低于液(ye)體,測得的(de)測量值将(jiang)高于實際(ji)流量。若附(fu)着層電導(dǎo)率與液體(tǐ)相同,按上(shang)式計算附(fù)加誤差爲(wei)零,但僅局(ju)限🐉于附着(zhe)層厚度小(xiao)的🌍條件。此(cǐ)種情況下(xià),流通面♉積(ji)減小,但平(píng)均流速增(zēng)加，二者相(xiang)互間🔆可抵(dǐ)消。
3.7電極表(biǎo)面效應影(ying)響
電極表(biao)面效應分(fèn)爲表面化(hua)學反應、電(dian)化學和極(jí).化現象以(yǐ)及電極的(de)觸媒作用(yòng)三方面。化(hua)學反應效(xiào)應如電極(ji)表面與👌被(bei)測介質接(jie)觸後,形成(chéng)鈍化膜或(huo)氧化層。它(ta)們對耐腐(fǔ)蝕性能起(qi)到積極的(de)保護作用(yòng),但也可能(néng)增🐇加接觸(chu)電阻。電化(huà)學電勢變(biàn)化和極化(huà)現.象會産(chǎn)生幹擾電(diàn)勢而形成(chéng)噪聲。漿液(yè)🈲噪聲和流(liu)動噪聲即(ji)是電極表(biao)面噪聲的(de)表現。漿液(ye)噪聲是在(zai)測量泥漿(jiang)纖維等液(yè)固兩相👌流(liú)時，固體顆(kē)粒(或液體(ti)中的氣泡(pào))擦過電極(jí)表🌂面,電極(ji)表面接觸(chù)🔱電化學電(dian)勢突然變(bian)化,輸出流(liu)量信♊号出(chu)現尖峰脈(mo)沖狀噪聲(sheng)。流體噪聲(sheng)是在測量(liàng)較低電🛀導(dao)率液體流(liu)量時,電極(ji)的❄️電化學(xué)電勢定期(qī)變化，産👌生(sheng)随流速增(zēng)加而頻率(lǜ)增加的随(suí)機噪聲,引(yǐn)起儀表💯輸(shū)出🔴出現波(bō)動現象。極(jí)化電勢是(shì)電感生電(dian)動勢在兩(liǎng)電極極性(xìng)不同,導緻(zhì)電解質在(zài)電極表面(miàn)産生極化(hua)。雖然交變(biàn)勵磁将極(ji)⚽化電勢減(jian)弱了幾個(ge)數❤️量級,但(dan)不能完全(quán)消除極化(hua)電🆚勢幹擾(rao)的影響。極(jí)化電勢和(hé)液體介質(zhi)性📧質以及(ji)電極材料(liao)性質有關(guān)。
3.8變壓器效(xiào)應影響
電(diàn)磁流量計(ji)的兩個電(dian)極、輸入輸(shū)出回路和(hé)介質一起(qǐ)構成了一(yī)💘個閉合回(huí)路。勵磁線(xian)圈相當于(yú)變壓器的(de)初🧑🏽🤝🧑🏻級線☔圈(quān),該閉合回(huí)路相當于(yú)次級線圈(quan)。這個次級(ji)線圈🛀不可(ke)能‼️與勵磁(ci)磁力線完(wán)全平行，總(zǒng)有一部分(fen)交變的磁(cí)力線穿過(guò)該閉合回(hui)路平面,形(xing)成了所謂(wèi)的“變壓器(qì)效應”。幹擾(rao)電動勢e,,根(gēn)據楞次定(dìng)律得:
可見(jian)e1與勵磁電(diàn)源頻率有(yǒu)關,而與流(liu)量大小和(he)傳感器口(kǒu)徑無關。降(jiàng)低勵磁電(diàn)源頻率可(ke)減小這種(zhǒng)幹擾。
4結論(lùn)
在石油開(kai)發中,測井(jǐng)是一個非(fei)常重要的(de)環節，測井(jing)儀器是石(shi)油測井使(shǐ)用的專業(ye)測量器具(jù),直接影響(xiǎng)㊙️油井的測(ce)量結🥵果，在(zai)油田後期(qī)開發難度(dù)不斷加大(da)情況下,積(jī)極應用測(ce)井新設備(bèi)、新技術是(shì)提高測井(jǐng)成功率的(de)有效途徑(jing),在測井實(shi)際工作中(zhong)💃🏻盡量規避(bì)⛱️電磁流量(liàng)的影響因(yīn)素,爲油田(tian)後期高效(xiào)開發提供(gòng)的技術支(zhī)撐。
本文來(lái)源于網絡(luo),如有侵權(quán)聯系即删(shān)除！
|
