阻抗傳感器激勵(lì)源分流特性影響分析

柴金剛胡金海王純玲馬水龍謝榮華

(1.大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶) (2.大慶油田有限責(zé)任公司 黑龍江大慶)

阻抗傳感器激勵(lì)源分流特性影響分析

柴金剛1胡金海1王純玲1馬水龍1謝榮華2

(1.大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶) (2.大慶油田有限責(zé)任公司 黑龍江大慶)

文章分析了阻抗傳感器存在的分流特性,室內(nèi)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)主要模擬環(huán)狀流,對(duì)分流對(duì)全水值的影響進(jìn)行了分析,采用靜態(tài)刻度裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),表明分流并不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;對(duì)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)分析,在含水率50%～100%時(shí)分流不影響刻度結(jié)果,通過動(dòng)、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比得出阻抗傳感器的分流不影響全水值大小,不影響含水率標(biāo)定與測(cè)量。

0 引 言

當(dāng)油田開發(fā)處于高含水開發(fā)時(shí)期,準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量井下油水兩相流的含水率是一個(gè)重大的技術(shù)難題?；谶@種情況,提出了一種基于阻抗式含水率的測(cè)量方法。與傳統(tǒng)的電容測(cè)量法相比,具有便于時(shí)實(shí)監(jiān)控,測(cè)量結(jié)果受溫度、電極沾污和流態(tài)的影響較小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明,在高含水的情況下有較好的測(cè)量效果。在對(duì)油水兩相流的含水率進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要使用恒流的交流激勵(lì)源對(duì)阻抗傳感器進(jìn)行激勵(lì)[1]。在此基礎(chǔ)上又對(duì)阻抗傳感器的激勵(lì)源電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),采用了直流恒流源器件,通過快速切換正負(fù)極性的方式形成雙向脈沖激勵(lì)恒流源,有效地解決了傳統(tǒng)激勵(lì)源的受溫度影響大、抗干擾能力差、輸出電流較小、處理電路復(fù)雜等缺點(diǎn)[2]。目前阻抗儀器已經(jīng)成為產(chǎn)液剖面測(cè)井的主力儀器。要保證和進(jìn)一步提高儀器的使用效果,需要對(duì)儀器進(jìn)行進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),對(duì)儀器進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)和提出的問題要及時(shí)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究,通過分析問題和基礎(chǔ)理論探索其影響程度,提出解決辦法。

1 阻抗傳感器分流影響等效分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1.1 分流影響理論分析

在對(duì)油水兩相流的含水率進(jìn)行測(cè)量時(shí)采用的是四電極結(jié)構(gòu)的阻抗式含水率計(jì),如圖1所示。

圖1 傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖

由于阻抗式含水率計(jì)的傳感器采用交流恒流源供電,發(fā)射電極Ⅱ(供電電極地)連接交流地,而儀器外筒是直流地同時(shí)又是交流地,根據(jù)等效電路原理,當(dāng)流體流過傳感器時(shí)存在著分流現(xiàn)象I1、I2,上下絕緣面相當(dāng)于接地,即I=I1+I2我們將對(duì)傳感器的分流現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析。

1.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)表明,油水界面在絕緣段里和絕緣段以外都影響著全水值的大小,但不受傳感器上下分流現(xiàn)象的影響。

油水界面位置對(duì)全水值影響的實(shí)驗(yàn):整個(gè)激勵(lì)源如圖2所示,傳感器上部的出液口距離絕緣面頂端9 cm,而絕緣面到第一電極的距離為3.5 cm,在這個(gè)有效范圍內(nèi),我們根據(jù)水面位置的不同分別取點(diǎn)測(cè)量全水值,見表1。

從表1可以看出,在水面在絕緣面以上每隔1 cm進(jìn)行一次標(biāo)定,全水值在765 Hz～767 Hz,而當(dāng)水面在絕緣界面以下激勵(lì)電極之上時(shí)每隔0.5 cm進(jìn)行標(biāo)定時(shí)頻率在1 010 Hz～1 058 Hz之間,明顯大于絕緣面以上時(shí)的值,因?yàn)樵诮^緣面以上時(shí)一部分電流I1從上面金屬壁流走,當(dāng)水面在絕緣臨界面之下時(shí),電流全部向下,沒有分流,所以全水值頻率相應(yīng)增大,可見傳感器在絕緣界面以上沒過出液口以下時(shí)向上存在分流現(xiàn)象,進(jìn)而證明了傳感器存在分流現(xiàn)象。

圖2 傳感器整個(gè)激勵(lì)源到出液口的結(jié)構(gòu)圖

表1 傳感器激勵(lì)源液面在不同位置的全水值頻率關(guān)系

2 阻抗傳感器靜態(tài)影響分流實(shí)驗(yàn)及分析

所謂的靜態(tài)實(shí)驗(yàn),就是在充滿水的傳感器內(nèi)插入不同體積的絕緣物來進(jìn)行的。用5支不同直徑的絕緣圓柱體模擬油柱,分別代表含油10%、20%、30%、40%、50%即含水率分別為90%、80%、70%、60%、50%[3]。通過實(shí)驗(yàn)得出,清水、4000ppm、1500ppm鹽水下的含水率相對(duì)響應(yīng)與持水率的關(guān)系。

2.1 不同礦化度下的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

把阻抗傳感器放入礦化度為4 000 ppm、1 500 ppm鹽水中,從圖3可以看出含水率與所對(duì)應(yīng)的持水率相對(duì)響應(yīng)呈線性關(guān)系,近于y=x線性方程,并且兩種情況下近于重合。

2.2 清水下的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

圖3 不同礦化度下含水率相對(duì)響應(yīng)與持水率的關(guān)系

按上述刻度步驟依次得清水中實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從圖4可以看出含水率相對(duì)響應(yīng)與所對(duì)應(yīng)的持水率呈線性關(guān)系,并且近于y=x線性方程。

圖4 清水下含水率相對(duì)響應(yīng)與持水率的關(guān)系

2.3 不同溫度下的刻度實(shí)驗(yàn)

圖5 含水率相對(duì)響應(yīng)與持水率的關(guān)系

該實(shí)驗(yàn)是在一定礦化度濃度下進(jìn)行的,例如1 500 ppm,實(shí)驗(yàn)溫度30℃,70℃,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖上可以看出在這三種溫度下分別得到的三條直線同樣近于重合。因此表明含水率相對(duì)響應(yīng)同樣只和絕緣柱體體積有關(guān),與溫度無關(guān)。

通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得出,阻抗傳感器含水率的測(cè)量不受礦化度、濃度及溫度的影響,含水率相對(duì)響應(yīng)主要和持水率有關(guān),也可以說主要與絕緣柱體的體積有關(guān)。全水值的大小不受分流現(xiàn)象的影響或影響較小。

3 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分流特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

開展動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)在多相流模擬井上完成,以柴油和水作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中配給流量調(diào)節(jié)流量點(diǎn),直到80 m3/d;各流量下含水率調(diào)節(jié)為50%、60%、70%、80%、90%和100%。為克服滑脫速度影響、提高流體流速,實(shí)驗(yàn)采用集流的方式進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)所用儀器的傳感器結(jié)構(gòu)與靜態(tài)實(shí)驗(yàn)用傳感器結(jié)構(gòu)完全相同。

3.1 不同流量不同含水率下的全水值分析

根據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖6所示,不同流量下、不同含水率下所得的各個(gè)含水率相對(duì)響應(yīng)值近于相等,并且含水率頻率響應(yīng)和含水率的關(guān)系曲線接近靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。含水率所反映的全水值大小不受分流特性影響或受影響較小。證明了該儀器含水率測(cè)量傳感器不受分流影響或受分流影響較小。

圖6 不同流量下各含水率對(duì)應(yīng)的全水值結(jié)果圖

3.2 儀器標(biāo)定結(jié)果分析

對(duì)兩支儀器的含水率測(cè)量進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn),重復(fù)實(shí)驗(yàn)是在不同日期進(jìn)行的。為了便于對(duì)比,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪在同一圖板中。

圖7 儀器含水率重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)

圖7是阻抗儀器含水率重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖板,表明相對(duì)應(yīng)的含水率線基本重合,表明阻抗儀器含水率儀器響應(yīng)具有很好的重復(fù)性,計(jì)算得最大重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差為1.36%。

可見,儀器具有很好的重復(fù)性,也表明分流特性不影響儀器標(biāo)定結(jié)果。

4 結(jié)束語

通過動(dòng)、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,可以得到以下結(jié)論:

1)理論分析與靜態(tài)實(shí)驗(yàn)表明傳感器激勵(lì)電極存在分流現(xiàn)象。

2)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,含水率相對(duì)響應(yīng)只和持水率有關(guān)也可以說僅與絕緣柱體的體積有關(guān)。全水值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受分流現(xiàn)象的影響或影響較小。

3)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明,全水值受含水變化影響小,也說明分流特性影響不到全水值的測(cè)量。

4)儀器結(jié)果標(biāo)定分析表明分流現(xiàn)象的存在不影響儀器的標(biāo)定結(jié)果。

[1] 李 雷,劉興斌,胡金海,等.阻抗式含水率計(jì)響應(yīng)模型的實(shí)驗(yàn)研究[M].石油儀器,2007,21(3)

[2] 杜 萌,孔令富,李英偉,等.一種自適應(yīng)切換的阻抗傳感器激勵(lì)源設(shè)計(jì)[M].電子技術(shù),2008,46(10)

[3] 劉 純,袁智蕙,莊海軍,等.一種同時(shí)測(cè)量流量和含水率的流體阻抗傳感器[M].石油儀器,2004,18(5)

PI,2011,25(1):21～23

The article analyzes the shunt characteristics of the resistant sensor.The indoor static state tests mainly emulation cyclic flow.The influence of the shunt on the whole water is analyzed.A static scale instrument is adopted to carry out an experiment,which shows that the shunt does not influence the experiment result.The dynamic experiment shows that when the percentage of moisture is from 50%to 100%,the shunt does not influence scale.By comparing the dynamic and static experiment,we understand that the shut of resistant sensor does not influence the value of the whole water,and the calibration and measurement of the percentage of moisture.

Key words:transducer Excitation Source,characteristic of Dividing,water-holding,water holdup

The characteristics analysis of the resistant sensor.

Chai Jingang,Hu Jinhai,Wang Chunling,Ma Shuilong and Xie Ronghua.

P631.8+1

B

1004-9134(2011)01-0021-03

柴金剛,男,1981年生,助理工程師,2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)在大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)中心從事電路聯(lián)調(diào)與測(cè)試工作。郵編:163453

2010-09-07編輯:姜 婷)