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井下注聚剖面中四电极电磁流量计应用分析与效果

来源:作者:发表时间:2017-07-20 09:24:03

 摘要:使用电磁流量计测量注入剖面,不仅不受注入液密度和粘度的影响,而且其可靠耐用、准确性好、实效高,对测试环境亦无放射性污染。流量计对于不同射开厚度的油层,或是同一油层,由于物性的差异会造成不同的吸液状况,而电磁流量计测井却能客观真实地反映出其吸液的状况。电磁流量计测井对厚油层能够进行细分解释,显示出厚油层吸入聚合物的所在位置,以及吸入聚合物的厚度。三畅电磁流量计在测井时,还可以反映出注聚合物的驱油效果。

 
       为了提高注入剖面聚合物测量的精确度,20世纪90年代以来我国各大油田相继引进同位素示踪仪、涡轮流量计、超声波流量计等多种流量测井仪,在很大程度上提高了测井资料的真实度,但由于实际情况的复杂,在应用中亦产生诸多问题。如使用涡轮流量计测井时,注入聚合物溶液黏度越高,测量误差就越大;同位素示踪法受地层污渍、地层孔道等因素影响很大,测试结果不能使人满意。而井下电磁流量计的使用则可以有效地克服上述问题。
 
1 电磁流量计工作原理
       电磁流量计的特点是压损小,可测的流量范围比较大;而且,最大流量和最小流量的比值可以在20∶1以上,适用的工业管径范围比较宽,最大可达3 m 。输出的信号与被测流量成线性关系,精确度比较高,可测量电导率≥1 μs/cm 的酸、碱、盐溶液,水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。
 
       在电磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场,使导体在磁场中进行切割磁力线运动时产生感应电势。同理,流体在磁场中做垂直流动,当切割磁感应力线时就会在管道两边的电极上产生出感应电势来。感应电势的大小由下式确定
       E x =BDv (1)
       式中 E x 为感应电势 (V); B 为磁感应强度(T); D 为管道内径 (m); v 为液体的平均流速(m /s)。
 
       体积的流量计算是将流体的流速与管道截面积相乘,将式(1)代入该公式得出
       Q v =(πD/4B)E x (2)
 
       因此可知,在管道直径 D 确定的情况保持磁感应强度 B 不变的时候,被测体积流量与感应电势呈现出一种线性关系。如果在管道的两侧各插入一根电极,就可直接引入感应电势 E x ,测量此电势的大小,就可以求出体积流量。
 
2 井下四电极电磁流量计应用分析
       井下使用的四电极电磁流量计主要包括井下仪器和地面仪器两个组成部分,其中井下仪器处于核心地位。井下仪器主要由磁性定位器、扶正器、电路筒、电极筒等部分构成。电路筒和电极筒主要用于测量和处理流量信号,它们是流量计的核心部分。电极筒引出和被测量正比的感应电势信号。其采用非导磁的不锈钢材料制成,且要与衬里保持齐平,便于流体在流过的时候不受到阻碍。流量计应垂直于管道方向进行安装,防止沉淀物沉积。磁性定位器用于确定流量计在井下的位置;上下扶正器固定流量计于套管中央的位置。地面仪器主要由计算机和数据回放线组成。计算机内置应用程序,控制测量数据的回放及存储处理。数据回放线用于井下仪器和计算机通讯,实现井下仪器存储数据的接收工作,画出测试卡片,用人机对话的方式完成数据处理和测试成果输出 。
 
       当管道中的导电液体通过三畅电磁流量计时,由于被测液体在磁场中做一种切割磁力线形式的运动,在导体中就会产生出感应电压来。在具体测量流量时,因为引入了低频磁电流,在流体流动的管道截面上产生一个磁场,而流体以垂直于流动方向的运动模式流过了该磁场,会让导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压来,其感应电压信号可以通过固定在测量管管壁上的两个与液体直接接触的电极检测出来,再通过电路处理单元进行放大、采样和抗干扰等相应处理后,就会获得与流量值呈良好线性关系的具体信号。
 
3 应用效果
       使用电磁流量计测量注入剖面,不仅不受注入液密度和粘度的影响,而且可靠耐用、准确性好、实效高,对测试环境亦无放射性污染。流量计对于不同射开厚度的油层,或是同一油层,由于物性的差异会造成不同的吸液状况,而电磁流量计测井却能客观真实地反映出其吸液的状况。电磁流量计测井对厚油层能够进行细分解释,显示出厚油层吸入聚合物的所在位置,以及吸入聚合物的厚度 [3] 。电磁流量计在测井时,还可以反映出注聚合物的驱油效果。
 
       对于出厂检定合格的电磁流量计,在具体的应用中它的准确度会受到很多因素的影响,包括感应电动势、磁场强度、测量管等。在实际测井中产生误差因素主要有以下几个方面:
 
3.1 流场状况引起的误差
被测介质在流量计的管内流动时,由于受到管路条件的影响,当电磁流量计的上游出现节门、三通等金属管道的相应管件时,或是因为维护不到位造成异物进入了管路,就会对测量造成干扰,主要是对流量计的流速分布形成了影响,流量计测量的准确度不再精确。所以在测量的时候,应将流量计尽量远离流量调节阀门。
 
3.2 工作介质方面造成的误差
       在使用电磁流量计对一些特殊的介质进行检测(例如对一些液态的化工产品或者是特殊处理的水等液体进行检测)时,一般情况下介质在工作时会经常产生结晶,不仅会影响到对电极的测量,也会在金属管道内形成淤积,造成流量计内径的改变。另外,对一些附着沉淀物的流体进行测量时,由于电极表面的污染,经常会有引起零点变动情况的出现。所以,在一些特殊的场合应用三畅电磁流量计测量时,要做到加开清洗孔,清洗金属管道,或是对流量计不定期进行清洗;同时在测量时,要使流经流量计的介质保证足够大的流速,避免污染物的沉积。有条件的场合,要选用具有电极自清理功能的电容式等新型电磁流量计来避免这些不必要的影响。
 
3.3 安装不当及现场条件不当造成的误差
       (1)传感器外壳未接地出现的误差。一般情况下,传感器都是在金属管道上进行安装,并且金属管道都是在地下,很多人因此认为对于仪表的外壳就不需要再做接地处理了。但是,这么操作却是忽略了两个重要问题:一方面是金属管道都做了防腐蚀处理,金属管道与地不能大面积接触;二是传感器一般都由胶皮垫连接着法兰而与金属管道分隔开,所以造成了传感器的接地电阻大大增加,影响了流量计的测量结果,进而形成了误差。另外,由于电动势检测一般均为几毫伏左右,这也容易造成杂散电流对检测结果的影响。
 
       (2)干扰环境下的输出信号误差分析。对于一般的电磁流量计来说,传感器即电极与转换器之间的连接电缆应做到尽可能短。因为传送信号的电缆过长,电缆本身的分布电容造成的负载效应就会引起较大的测量误差,同时也对信号受到干扰的几率大大增加。在测量时,还要注意到走线方面,务必做到信号线与电源线分开走线,这样就能防止产生“寄生电容”的干扰。目前很多场合已经用上了数字输出仪表,以求获得最为准确的测量数据。
       (3)强电、强磁环境下的误差分析。流量计工作环境方面,要注意尽可能地与强电、强磁等设备的距离远一些。由于三畅电磁流量计在接地后, 其周边的附近如果也有一些其他的强电、强磁等设备也在接地,会造成流量计产生接地压降,使电磁流量计接地电位变化,进而对测量结果形成误差。另外,流量计如果是在非常强的磁场下工作,比如变压器等强电磁设备附近使用,周边磁场环境的强度超过流量计电磁兼容的幅度时,会对测量结果的准确性造成很大的影响。
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