電磁流量測(cè)井儀在油水兩相流中實(shí)驗(yàn)研究

劉艷玲 張玉輝 張劉洋

（大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶）

0 引言

利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量流量是眾多流量測(cè)量方法中最為普遍的方法之一[1,2]。電磁流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)械活動(dòng)部件、無(wú)節(jié)流部件、測(cè)量精度高、實(shí)用可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)量不受環(huán)境及流體自身特性的影響。本文嘗試將電磁法測(cè)量流量應(yīng)用在產(chǎn)出剖面測(cè)井當(dāng)中，在模擬井中利用電磁流量計(jì)對(duì)油水兩相流進(jìn)行流量測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)波動(dòng)性以及含水率與頻率響應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行分析處理。在油水兩相流的流量測(cè)量中，傳感器受到油相的干擾，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)證明，在同一含水率下儀器頻率響應(yīng)隨著流量的變化呈線性關(guān)系。流量和含水率越高，儀器的頻率響應(yīng)受到油相的干擾越小，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度越高。同時(shí)為了減少油相對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，提出了分流式設(shè)計(jì)。

1 儀器結(jié)構(gòu)

內(nèi)流式電磁流量測(cè)井儀實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用集流的測(cè)量方式[3]，流量傳感器采用內(nèi)流式電磁流量傳感器。采用集流的方式提高了混合流體的流速使得電磁流量傳感器隨著流量的變化有平穩(wěn)的儀器輸出頻率。如圖1所示，儀器到達(dá)測(cè)量點(diǎn)后，撐開(kāi)集流器，密封儀器與套管之間的環(huán)形空間，使得油水兩相混合流體由進(jìn)液口流入，流經(jīng)電磁流量傳感器，電磁流量傳感器隨流量不同有相應(yīng)的頻率輸出，油水混合流體經(jīng)電磁流量傳感器檢測(cè)后，由出液口流出，完成流量測(cè)量。

圖1 內(nèi)流式電磁流量測(cè)井儀結(jié)構(gòu)示意圖

2 模擬井實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

為了認(rèn)識(shí)集流條件下電磁流量計(jì)在油水兩相流條件下的響應(yīng)規(guī)律，在模擬井垂直條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)所用集流器為布傘集流器。實(shí)驗(yàn)中流量變化為0～100 m3/d，每10 m3/d一間隔點(diǎn)，含水率變化為50%～100%，以10%為間隔。5 m3/d以下的小流量采用了更細(xì)致的取樣點(diǎn)。

2.1 油水兩相流實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

圖2為電磁流量測(cè)井儀在油水兩相流不同含水率下儀器標(biāo)定結(jié)果。圖2顯示在不同含水率下，隨著流量的增大，儀器頻率響應(yīng)仍成線性關(guān)系，頻率響應(yīng)值在清水值上下浮動(dòng)，測(cè)量結(jié)果有很好的重復(fù)性。

圖2 油水兩相流標(biāo)定結(jié)果

2.2 含水率與頻率響應(yīng)的關(guān)系分析

圖3 頻率與流量和含水率關(guān)系圖

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)性分析

圖4顯示在流量70 m3/d含水分別為90%與50%的儀器頻率響應(yīng)。從圖上可以看出在相同的坐標(biāo)下，儀器頻率輸出值在平均值上下跳動(dòng)，含水50%的儀器頻率響應(yīng)波動(dòng)性明顯比含水為90%時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)性大。

圖4 流量70 m3/d含水率90%與50%數(shù)據(jù)對(duì)比

圖5 流量50 m3/d不同含水率下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5給出了流量為50 m3/d，不同含水率下的儀器頻率響應(yīng)情況。儀器的頻率響應(yīng)圍繞著全水值上下波動(dòng)。隨著含水率的降低儀器頻率響應(yīng)的波動(dòng)性越大。

以標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)反應(yīng)儀器頻率響應(yīng)的波動(dòng)性，圖6給出流量為60 m3/d，不同含水下測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。隨著含水率的降低，所測(cè)得儀器頻率響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，數(shù)據(jù)波動(dòng)性越大，在40%時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到50以上，已經(jīng)不能滿足測(cè)量要求。表一給出的是不同流量、含水率下儀器頻率響應(yīng)離散性情況。在含水大于80%的情況下儀器的頻率響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)誤差在1.5%以上。

圖6 流量60 m3/d不同含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差

表1 儀器頻率響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)誤差

由上可以得出，儀器的頻率響應(yīng)隨著流量和含水率的變化而變化。流量增大含水率變大儀器的頻率響應(yīng)越好，數(shù)值波動(dòng)性越小。電磁法測(cè)量流量是將油水混合物看做導(dǎo)體，實(shí)際中，當(dāng)?shù)土髁繒r(shí)流道中油水分布不均勻，特別是低含水的情況下油水混合物不能視為連續(xù)流動(dòng)的導(dǎo)體，影響儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。在同一流量下隨著含水率的降低，兩相流中油的含量增高，油對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越來(lái)越大，由于油的非導(dǎo)電性，隨著油的影響增大測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性降低，最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。

圖7 電磁流量測(cè)井儀油水兩相流流量測(cè)量相對(duì)誤差

圖7給出了電磁流量測(cè)井儀在油水兩相流流量測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)偏差，儀器在含水率大于70%流量50 m3/d時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差在5%以?xún)?nèi)，測(cè)量結(jié)果隨著流量的降低測(cè)量含水率下限升高。

應(yīng)用電磁流量測(cè)井儀測(cè)量油水兩相流流量。將油水兩相流視為連續(xù)性導(dǎo)體。在實(shí)際測(cè)量中，油為非導(dǎo)體，含油的多少直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳感器流道中流速的高低、流行決定了油水混合程度、狀態(tài)，都對(duì)測(cè)量結(jié)果存在著影響。這里提出一種分流式裝置，利用滑脫效應(yīng)使油水在集流過(guò)程中分離，使油水在不同流道流出，流經(jīng)傳感器流道中水占主要，減少油對(duì)傳感器的影響。

3 結(jié)論

1）在集流的條件下，應(yīng)用電磁流量測(cè)井儀測(cè)量流量，在高含水的條件下取得了很好的效果。在流速0.83m3/h～3.75m3/h含水大于50%時(shí)，測(cè)得流量值滿足測(cè)量要求。儀器響應(yīng)波動(dòng)性好，測(cè)量結(jié)果不受含水率影響，與在清水中標(biāo)定的結(jié)果重復(fù)性好。在高流量高含水的垂直井中進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，用內(nèi)流式電磁流量測(cè)井儀在清水中的標(biāo)定結(jié)果計(jì)算油水兩相流中的測(cè)量流量，其誤差在±5%以?xún)?nèi)。

2）在小流量低含水的情況下，儀器響應(yīng)波動(dòng)性大，不能滿足測(cè)量要求。提出分流式設(shè)計(jì)[4]，減少測(cè)量過(guò)程中油對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可降低儀器測(cè)量下限，提高儀器測(cè)量精度。

[1]胡金海，劉興斌，周家強(qiáng)，等.電導(dǎo)相關(guān)流量測(cè)井儀的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2004，28（2）

[2]蔡武昌，馬中元，翟國(guó)芳，等.電磁流量計(jì)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2004

[3]張玉輝，劉興斌，單福軍，等.電磁法測(cè)量高含水油水兩相流流量實(shí)驗(yàn)研究[J].測(cè)井技術(shù)，2011，38（3）

[4]張玉輝，劉興斌，胡金海，等.用于油水兩相流流量測(cè)量的分流式電磁流量計(jì)[J].測(cè)井技術(shù)，2013，37（1）