摘要(yào):電磁流量在油(yóu)田開發中主要(yào)應用于水井的(de)分層㊙️流量測試(shi)和驗漏。電磁流(liu)量計
受到測井(jing)環境、套管狀況(kuàng)、井内流體性質(zhi)等因素的影♍響(xiang)👅,會出現示值偏(piān)差,介紹電磁流(liu)量計原理，同時(shi)⛹🏻♀️就影響流量計(jì)測井的幾個因(yīn)素進行了淺析(xī),對油💰田後期開(kāi)發測井生産有(yǒu)指導🥵作用。
1前言(yán)
吸水剖面測井(jǐng)資料是油田測(ce)井不可缺少的(de)動态監測資料(liào)，當油田開發進(jìn)人中後期,正确(què)掌握注.水井各(gè)小層的吸🌂水情(qing)況能夠爲油藏(cáng)中和調整,挖潛(qian)🈲增效提供可靠(kao)㊙️的數據。
目前進(jin)行的分層流量(liàng)測井是通過直(zhí)讀式電磁流🌏量(liang)計下人注水井(jǐng)中，在正常配注(zhù)情況下測取水(shuǐ)井各個層位♊對(dui)于注人水的分(fèn)配比例,從而根(gēn)據測量結果對(dui)👉水井進🏃♂️行調剖(pou)堵水，提🌍高注人(rén)水在各個層位(wei)的波及系數,提(tí)高油層的驅油(yóu)效率,從而提高(gao)采👣收率。電磁流(liú)量計是随着電(dian)子技術的發展(zhan)而迅速♻️發展起(qi)來的基于法拉(la)第電磁感應定(ding)理的用🈲來測量(liàng)導電性液體體(tǐ)積流量的儀表(biǎo)。與☀️其它流量測(cè)量儀表相比，電(dian)磁流量⁉️計具有(yǒu)一-些突出📧的優(you)點:測量🎯有導電(diàn)性的介質的流(liu)量不受其溫度(dù)、豁度、密度、壓力(lì)等物理參數的(de)影響;無機械慣(guàn)性,反映㊙️靈敏,可(kě)測瞬時脈動流(liú).量;直線性好，測(cè)量精度高,測量(liang)範圍寬，耐腐蝕(shi)性能強等等,因(yīn)此在衆多😄的流(liú)量儀表中,電磁(ci)流量計🔴成爲發(fā)展最快的流量(liàng)儀表🆚之一。.
2電磁(cí)流量計測量原(yuán)理
直讀電磁流(liu)量計的測量原(yuán)理基于法拉第(dì)電磁感應定律(lü)。電☀️磁流量計的(de)測量原理如圖(tu)1所示,當流體在(zai)磁☎️場中作切割(ge)磁力線運動時(shí),流體中帶電粒(lì)子受羅侖磁力(lì)的作用将感應(yīng)出與流速🚶成正(zheng)比的感應電動(dòng)勢，當流速分布(bu)相對于💔測量管(guǎn)中心軸對稱🤩時(shi),電極檢測到的(de)流量信号将與(yu)被測流體的平(píng)均☁️流速成正比(bǐ),然後求得液體(ti)的體積流量。
電磁流量計(jì)儀器的内部結(jie)構如圖2所示。在(zài)均勻磁場中,安(an)置📞--根非導磁材(cái)料制成的内徑(jing)爲d且在内壁📐襯(chen)有絕緣材料的(de)測量導管。當導(dǎo)電液體在.測量(liàng)導㊙️管流動時,将(jiang)作切割磁力線(xian)運動。假設所有(you)液體質點都以(yǐ)平均流速V運動(dong),液流速度在整(zhěng)個測量導管💃🏻的(de)截面上是🍉均勻(yun)一緻的。把液體(ti)看成🏃♀️許多.直徑(jing)爲d且連續運動(dong)着✏️的薄圓盤結(jie)構,薄盤等效于(yú)長度爲d的導電(diàn)體,其切割磁力(lì)線的速度相當(dang)于V。由電磁感應(yīng)原理可知,在液(yè)體🌂薄圓盤内将(jiāng)産生連續的感(gǎn)應電動勢E:
式中(zhong):E一感應電動勢(shì)(V);
B一磁感應強度(du)(T);
d一測量導管直(zhí)徑(cm);
V一被測液體(ti)的平均流速(cm/s)。
感(gǎn)應電動勢E可通(tōng)過位于測量導(dǎo)管直徑兩端的(de)一📱對❓電極輸出(chu)。E的方向垂直于(yú)液體流向和磁(ci)力線方✏️向,可用(yòng)右手定🤟則判斷(duàn)。
通過導管的流(liú)量q爲
由上式可(kě)知,對于帶電粒(lì)子均勻分布的(de)流體,當磁場強(qiáng)👅度一定時,感應(yīng)電壓與流體的(de)流速成線性關(guān)系,與流體的溫(wen)度、壓力、密度和(he)粘度等物理參(can)數無關,所以電(dian)磁流🔴量計具有(you)許多其它機械(xiè)式流量計無可(kě)比拟的優點，能(neng)實現大量程範(fan)圍的精度高測(ce)量。直讀式電⭐磁(ci)流量計原🏃🏻理框(kuang)圖如圖3所示。
當(dāng)磁感應強度B保(bao)持常數時,被測(cè)流體的體積流(liu)量q與感應💞電動(dòng)勢E成正比。即
式(shì)(4)是在均勻直流(liú)磁場條件下導(dao)出的。由于直流(liu)磁場🌂使管道中(zhōng)的導電液體電(dian)解,電極極化,所(suo)以會影響測量(liang)的精度。因此通(tong)常采用交流磁(cí)場工作,交流磁(ci)場的磁感應強(qiang)度B表示爲:
式(8)說(shuo)明,當d一定及磁(cí)感應強度B保持(chí)常數時，被測流(liu)體的體積流量(liang)q與兩極間的電(diàn)動勢E成正比，由(yóu)此可以得到被(bei)測流體的流量(liàng)。
電磁流量計主(zhu)要用于測量電(dian)導率大于10-4/cm·Ω的單(dan)相流體🈚。不🐆适用(yong)氣體、蒸汽。可進(jìn)行雙向流動測(cè)量。對儀表前後(hou)直管段的要求(qiu)🔴不高,不受流體(ti)的溫度、壓力、密(mi)度、粘度等參數(shu)的影響。但被測(ce)流體内不應有(yǒu)不均🏒勻的氣體(ti)和固體,不應有(you)大量的磁性物(wù)質。
3重29電磁流量(liang)計響應影響因(yīn)素分析
電磁流(liú)量計常被用來(lai)測量管道中導(dǎo)電流體的流量(liang),不管流體的性(xing)質如何，隻要其(qi)具有微弱的導(dao)電性(電導率🛀🏻＞8X10-5m/s)即(ji)可❓進行測量。通(tong)常油田注人的(de)聚合物混合液(yè)的導電性能良(liáng)好,符合這種測(ce)量條件。
電磁流(liu)量計自從商品(pin)化以來,其技術(shù)進步十分明顯(xiǎn),新材料、新設計(jì)尤其是采用了(le)大規模集成電(diàn)路、單片🈲機和計(ji)算機,其技術性(xing)能指标和功能(néng)都有很大提高(gāo),特别是抗幹擾(rao)能力、可靠性和(hé)🧑🏽🤝🧑🏻穩定性的改🧑🏾🤝🧑🏼善(shan)尤爲明顯。從以(yǐ)上推導的表達(da)式看,感應電壓(yā)與流體的流速(sù)✨成線性關系，似(sì)乎與其它因素(sù)無關。事實上,客(ke)觀條件的限制(zhi)導緻了電磁流(liú)量計還受到以(yi)下因素的影響(xiang),影響大時流量(liàng)計甚至不能正(zheng)常工作,具體分(fèn)析如下;
3.1流速分(fen)布影響
當流速(sù)分布相對于測(ce)量管中心軸對(duì)稱時,電極檢測(cè)到的流🤞量信号(hao)将與被測流體(ti)的平均流速成(chéng)正.比。當流速🏃🏻分(fen)布相對管中心(xīn)爲非軸對稱時(shi),還用，上🐆述公式(shi)計算流量時将(jiang)會産生測量誤(wu)✌️差。因爲電極上(shàng)得到的感生電(dian)動勢是測量🤞管(guǎn)内所有液體共(gòng)同貢獻的結果(guǒ),每一個流體質(zhi)點都有貢🈲獻。由(yóu)于各個流體質(zhì)點相🧑🏾🤝🧑🏼對于電極(ji)的幾何位置不(bu)同,即使各質點(dian)速度一樣,它們(men)對電動勢的貢(gong)獻也是不同的(de)。越靠近電極的(de)質點對🛀🏻電動勢(shì)的貢獻越大。也(yě)就是說🏃♂️,電極附(fù)近的感應電動(dong)勢較大,與兩電(diàn)極平面成90度的(de)地方的流體産(chǎn)生的感應電動(dòng)勢就小。如果電(dian)極🔅附近的流速(su)非軸對稱偏💃🏻大(dà)🛀🏻，測得的流量信(xìn)号就比實際🙇🏻流(liú)量值大;反之,電(dian)極附近的流速(su)非軸對稱偏小(xiao),測得的❄️流量信(xin)号也就偏小。爲(wei)了消🤩除由于流(liu)速分布而産生(shēng)的測量🙇🏻誤差,在(zài)電磁流量傳感(gan)器前應有--定長(zhang)度的直管段,以(yi)保證流速的軸(zhóu)對稱分布。
3.2磁場(chǎng)邊緣效應影響(xiǎng)
由前述可知,電(diàn)磁流量計的基(jī)本表達式是在(zai)假.定沿流體的(de)流💘動方向，上磁(ci)場始終是均勻(yun)爲前提下推導(dao)而得到的。這就(jiu)意味着沿管軸(zhóu)方向上的磁場(chǎng)🛀無限長,而實際(ji)流量計的線圈(quan)長度是有限的(de),并且🚶♀️爲了實現(xiàn)㊙️流量計的小型(xíng)化,總是希望勵(li)磁線圈和測量(liang)管的長度越短(duǎn)越好。這樣就會(hui)出現磁場邊緣(yuán)💚效應,即磁場軸(zhou)向長度對感應(ying)電動勢幅值和(hé)勵磁線圈兩端(duan)的磁感應強度(dù)不均勻。磁場中(zhong)間部分大緻是(shi)均勻的,兩端則(zé)逐漸減弱,形成(cheng)不均勻的邊緣(yuán),最後.下降爲零(líng)。使得液體内部(bù)電場E也不均勻(yun),産生渦電流。由(you)渦電流所産生(sheng)的二次磁通反(fan)過來改變磁場(chang)邊緣部分的工(gong)作磁通,使磁場(chǎng)的均勻性進--步(bu)遭到破壞。這時(shí)在電極.上測量(liàng)🧑🏽🤝🧑🏻到的感應電動(dong)勢與無限長磁(cí)🔴場下的感應電(dian)動勢不一樣,産(chǎn)生了誤差。理論(lùn)分析表明,爲了(le)減少邊緣效應(yīng)✌️,勵磁線圈的軸(zhóu)向長度應爲測(cè)量管内徑的1.4~1.52倍(bèi)。這樣才🛀可以使(shi)電極.上産生的(de)感🏃♀️應電動勢接(jie)近于無限長磁(cí)場的理論計算(suan)值。
假如管壁是(shi)導電的，磁場邊(bian)緣效應更加明(ming)顯，從而導緻電(diàn)極.上感應電動(dong)勢的損失增加(jiā),所以管壁通常(cháng)要塗_上♊絕緣層(ceng)。假如介質的電(dian)導率極高(如液(yè).态金屬),磁場邊(bian)緣㊙️區域兩側的(de)磁場分别被削(xue)弱和增強。所以(yǐ)測量電導率🔴高(gao)的介質🌏不宜用(yòng)交流勵磁，而應(yīng)用直流勵磁。若(ruò)被測介質中含(han)有導磁性物質(zhì)(鐵🤟鑽、鎳之類),磁(ci)場⭕邊緣效應就(jiù)更複雜。由于導(dao)磁🍉性物🍓質的存(cún)在，使磁場發生(shēng)嚴重畸變,造成(chéng)測量的非線性(xing)🆚。
3.3液體電導率影(ying)響
使用電磁流(liú)量計的前提條(tiáo)件是被測液體(tǐ)必須是導電的(de),不能低于阈值(zhí)(即下限值)。電導(dao)率低于阈值會(huì)産生測💘量誤差(cha)直至不能使用(yong)。通用型電磁流(liu)量計的阈值在(zài)10-4~(5X10-6)s/cm之間。電磁流量(liàng)計不适用于電(dian)導率很低的介(jie)質的根本原因(yin)在于傳感器與(yu)轉換器的阻抗(kàng)匹配問題。目前(qián),轉換器的輸人(rén)阻抗一-般隻能(néng)達到100~200M,也就是說(shuo)要保證0.1%的傳輸(shu)精度傳感器内(nèi)阻✉️Rs必須📐小于100~200KΩ。若(ruo)電極直徑0.01m,可得(dé)到被測.介質電(diàn)導率的最低值(zhí)。
工業用水及其(qi)水溶液的電導(dao)率大于10-4s/cm,酸、堿、鹽(yan)液的🌏電導率♋在(zai)10-4~10-1s/cm之間,使用不存(cun)在問題，低度蒸(zhēng)餾水爲10-5S/cm也不存(cún)在問題。石油制(zhi)品和有機溶劑(ji)電導率過低就(jiu)不能使♍用。對于(yú)氣體、蒸氣以及(ji)含大量氣泡的(de)液體就無法:使(shǐ)用了。
3.4流體粘度(dù)、流體溫度及環(huan)境溫度影響
通(tōng)常認爲電磁流(liú)量計所測體積(ji)流量不受液體(tǐ)電導率(隻要大(da)💘于某一阈值)、液(ye)體粘度、液體溫(wen)度和環境溫度(du)等參量的影響(xiang)。但實際應用中(zhong),流體粘度、流體(ti)溫度☎️及環境🔴溫(wen)度等或多或少(shǎo)對測量有些影(ying)響。實驗研究🐕表(biǎo)明，如果要求精(jīng)度♍較高,基本誤(wu)差小于0.5%~1%,則液體(ti)粘度、液體溫度(dù)和環境溫度的(de)影響就不可忽(hū)略;如果要求測(cè)量精度不高🈲,可(ke)以忽略不計✔️。
3.5流(liu)體含有混入物(wu)影響
電磁流量(liàng)計在許多使用(yong)狀況下,被測流(liu)體中都會含🍉有(you)混人💃🏻物。一般而(er)言,混人成泡狀(zhuàng)流的微小油氣(qi)泡仍可正常工(gōng)作,但測得的是(shi)含油氣泡體積(ji)的混.合體積流(liú)量;如🆚果油氣體(ti)含量增加到形(xing)成彈狀流，因電(diàn)極可能被氣體(ti)蓋住使電路瞬(shùn)間斷💜開,出現輸(shū)出晃動甚至🧑🏽🤝🧑🏻不(bú)能正常工作。
含(hán)有非鐵磁性顆(kē)粒或纖維的固(gu)液兩相流同樣(yàng)可以🔴測得其㊙️體(ti)積流量。固體含(han)量較高的流體(ti),如鑽井泥漿、鑽(zuan)探固井水泥漿(jiang)、紙漿等實際上(shang)已屬非牛頓流(liú)體。由于固體在(zài)載體液中-.起流(liú)動,兩者之間有(yǒu)滑動,速度上㊙️有(you)差異,單相流液(yè)體校驗的儀表(biǎo)用于固🌏液兩相(xiàng)流會産生誤差(cha)。雖然還未見到(dào)電磁流量計應(yīng)用于固液兩相(xiang)流中固型物影(ying)響的系統實驗(yan)報告,但國外有(you)報道稱固型物(wù)含量有14%時誤差(cha)在3%範圍内💘。
3.6附着(zhe)和沉澱影響
電(diàn)磁流量計使用(yong)時間長或者是(shì)用于測量易附(fù)着和沉澱🤞物質(zhì)🏃🏻♂️的流體時,會在(zài)管壁，上産生附(fu)着層，若附着👄的(de)是比液體電導(dao)率高的導電物(wù)質,信号将被短(duǎn)路不能工作🐉,若(ruò)是非導電物質(zhì)則首先應注意(yi)電極的污染。若(ruo)附着于襯裏管(guǎn)璧層爲氧化鐵(tie)鏽層,或以金屬(shǔ)爲主要成分的(de)燃料,其電導率(lü)大于液體電導(dǎo)率,測得的流量(liàng)值将比實際流(liú)量小;若爲碳🔴酸(suān)鈣等水垢層,其(qi)電導🏃率低于液(yè)體,測得的測量(liàng)值将高于實際(jì)流量。若附着層(céng)電導率與液體(tǐ)相同,按上式計(jì)算附加誤差爲(wèi)零,但僅局限于(yu)附着層厚度😘小(xiǎo)的㊙️條件。此種情(qíng)況下☔,流通面積(jī)減小,但平均流(liu)速增加，二者相(xiang)互間可抵消。
3.7電(dian)極表面效應影(yǐng)響
電極表面效(xiào)應分爲表面化(huà)學反應、電化學(xué)和極.化現象🔴以(yi)及電📧極的觸媒(mei)作用三方面。化(huà)學反應效應如(rú)電✉️極表面與被(bei)測介質接觸後(hòu),形成鈍化膜或(huò)氧🤟化層。它🙇♀️們對(dui)耐腐蝕性能起(qi)到積極的保護(hu)作用,但也可能(néng)增加接觸電阻(zu)。電化學電勢變(biàn)化和極化現🤟.象(xiang)會産生幹⛷️擾電(diàn)勢而形成噪聲(shēng)。漿液噪聲和流(liu)動噪聲即是電(dian)極表面噪聲的(de)表現。漿液噪聲(sheng)是在測量泥漿(jiang)纖維等液固兩(liang)相流時，固體顆(ke)粒(或液體中的(de)氣泡)擦過電極(ji)表面,電極表面(mian)接觸🧑🏽🤝🧑🏻電化學電(dian)勢突然變化,輸(shū)出流量信号出(chū)現尖峰脈沖狀(zhuàng)噪聲。流💰體噪聲(sheng)是在測量較低(di)電導率液體流(liú)量時,電極的電(diàn)化學電勢定期(qī)變化，産生随流(liú)速增加而頻率(lü)增加的随機噪(zao)聲,引起儀表輸(shu)出出㊙️現波動現(xian)象。極化電勢是(shì)電🙇♀️感生電動勢(shì)在兩電極極性(xìng)不同,導緻電✉️解(jiě)質在電極表面(miàn)産生極化。雖然(rán)交變勵磁将極(jí)化電勢減弱了(le)幾個數量級,但(dan)不能完全消除(chú)極化電⛱️勢幹擾(rao)的影💋響。極化電(diàn)勢和液體介質(zhì)性⛹🏻♀️質以及電🧡極(ji)材料性質有關(guan)。
3.8變壓器效應影(yǐng)響
電磁流量計(ji)的兩個電極、輸(shu)入輸出回路和(he)介質一起構成(cheng)了一個閉合回(hui)路。勵磁線圈相(xiang)當于變壓器的(de)初🆚級線圈,該閉(bi)合回路相當于(yú)次級線圈。這個(ge)次級線圈不可(ke)能與勵磁磁力(li)線🏃♀️完全平行，總(zǒng)有一部💯分交變(biàn)的磁力線穿❓過(guo)該閉合回路平(píng)面,形成了所謂(wei)的“變壓器效應(yīng)”。幹擾電動勢e,,根(gen)據楞次定律得(dé):
可見e1與勵磁電(dian)源頻率有關,而(er)與流量大小和(hé)傳感器🛀🏻口🏒徑無(wú)關。降低勵磁電(diàn)源頻率可減小(xiao)這種幹擾。
4結論(lun)
在石油開發中(zhong),測井是一個非(fēi)常重要的環節(jie)，測井儀器是石(shí)油測井使用的(de)專業測量器具(jù),直接影響油井(jǐng)的測‼️量結果，在(zai)油田後期開發(fā)難度不斷加大(da)情況下,積極應(ying)用測井新設備(bei)、新技術是提高(gao)測井成功率的(de)有效途徑,在測(cè)井實際工作中(zhōng)盡量規避電磁(cí)流量的影響因(yin)素,爲油田後期(qi)高效開發提供(gòng)的技術支撐✌️。
本(běn)文來源于網絡(luò),如有侵權聯系(xì)即删除！
