井下電磁流量計(jì)的測量環(huán)境校正
摘要：油田注入剖面測試中應(yīng)用的電磁流量計(jì)測量精度高，有較好的應(yīng)用效果。但由于套管結(jié)垢、腐蝕等因素影響，實(shí)際測量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，引起測量結(jié)果誤差，這個(gè)系數(shù)與測量通道管徑變化的平方成正比。本文涉及的電磁流量計(jì)與井徑一體化儀將井徑測量引入電磁流量計(jì)剖面測試中，采用新的井徑測量原理，儀器尺寸小，可有效校正此誤差。
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)；井徑；一體化；誤差
一、引言
我國油田大都采用分層注水方式保持油層壓力，在開發(fā)過程中，需要及時(shí)了解掌握注水井各層的動(dòng)態(tài)注入量，而注入剖面測試技術(shù)就是一項(xiàng)能夠?yàn)榈刭|(zhì)人員隨時(shí)提供此類信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)。隨著生產(chǎn)上的要求，新的監(jiān)測技術(shù)正在不斷的應(yīng)用在注水井注入剖面的測試中。電磁流量測試技術(shù)是眾檢測技術(shù)中的一種，以其測量精度高、無污染的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)多個(gè)油田注入剖面測試中得到了應(yīng)用，并在注入井注入剖面測試中取代了傳統(tǒng)的同位素測試，獲得了較好的應(yīng)用效果。
二、測量原理
電磁流量計(jì)的基本測量原理是電磁感應(yīng)原理，當(dāng)導(dǎo)電的注入流體流經(jīng)測量探頭時(shí)，切割儀器產(chǎn)生的電磁場，在流體中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢，通過測量這個(gè)由流體切割磁力線的快慢（即流體流動(dòng)速度）產(chǎn)生的變化電壓信號(hào)來測量流體流速的大小，進(jìn)而根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)確定出流量[1]。從測量原理來看，影響注入流體流速的因素將對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，而當(dāng)全井注入量一定時(shí)，影響注入流體流速的主要因素就是測量通道過流面積的變化。對于油田注入剖面測試中使用的電磁流量計(jì)，在室內(nèi)標(biāo)定中使用的是標(biāo)準(zhǔn)的套管尺寸或油管尺寸，而實(shí)際測量時(shí)，由于長期注水和井下原因引起套管變形、結(jié)垢、腐蝕等情況，使實(shí)際的測量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，因此，測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差。
三、井徑對測量結(jié)果影響的分析
設(shè)實(shí)際流量為 Q，測量流量為Q1，標(biāo)定時(shí)測量通道直徑為D，截面積為S，實(shí)際測量通道直徑為D1，截面積為S1，流速為V。當(dāng)流量計(jì)測出流量頻率值后，根據(jù)標(biāo)定圖版可換算為流量，此時(shí)計(jì)算采用的是標(biāo)準(zhǔn)過流通道內(nèi)徑，則瞬時(shí)測量流量應(yīng)為： VDQ S V 1 = ´ = ´4p 2(1)當(dāng)過流通道變化時(shí)，此時(shí)流速為：2121 144DQDQSQVp p= = = (2)因此：21212144 ÷÷øöç çèæ= = ´ =DDQDD QQ SVpp(3)可見，測量流量與實(shí)際流量有一個(gè)系數(shù)差，這個(gè)系數(shù)與測量通道管徑變化的平方成正比，是一個(gè)指數(shù)關(guān)系，當(dāng)D 與D1相差不大時(shí)， Q1 與Q 相比誤差不大，而當(dāng)D1 與D 相差較大時(shí)，Q1 就超出了允許的誤差范圍，由上式可見，當(dāng)實(shí)際管道直徑變化量達(dá)5%時(shí)，流量就有超出10%的誤差。而在實(shí)際的電磁流量計(jì)測量和解釋時(shí)均未考慮到管徑尺寸差異引起的計(jì)量誤差，這會(huì)對內(nèi)流式和外流式電磁流量測量方式均產(chǎn)生影響[3]。為了提高測試精度，消除此項(xiàng)誤差，就必須對管徑變化的影響進(jìn)行校正。
四、解決管徑變化影響的方法在工程測井技術(shù)中，井徑儀用來測量井下套管的變形情況，確定套管內(nèi)徑，其工作原理就是把套管直徑方向的尺寸變化轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，其轉(zhuǎn)化過程是通過一套機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。因此，可將井徑儀引入電磁流量計(jì)剖面測試中，與電磁流量計(jì)組合，利用測得的井徑數(shù)據(jù)修正測量與標(biāo)定通道差異引起的解釋誤差。然而，一般井徑儀的外徑較大，不能通過油管測量。為此，設(shè)計(jì)了一種小型井徑儀，同時(shí)可作電磁流量計(jì)的一個(gè)扶正器使用。
1、基本方法
井徑儀選擇基于以下假設(shè)：影響電磁流量測量誤差的套管或油管的變形是連續(xù)的，因此其變形形狀可用橢圓模擬。這樣，在井徑測量上采用四臂井徑即可。實(shí)際上，由于只要知道測量時(shí)通道的面積，而不必知道通道的詳細(xì)形狀就能得到較好的校正效果，因此四臂井徑足夠使用。為了實(shí)現(xiàn)過油管測量，縮短儀器長度，在設(shè)計(jì)上可將電磁流量計(jì)的一個(gè)扶正器設(shè)計(jì)為井徑測量儀，其四條扶正片作為四個(gè)測量臂。
2、基本結(jié)構(gòu)
四個(gè)測量臂分為兩組，每組測量一個(gè)方向，基本結(jié)構(gòu)如圖1。其中上、下接頭1、8 與儀器外殼相連，上、下滑套3、6 可分別在上下接頭上滑動(dòng)，測量臂的兩端就分別裝在滑套和接頭上，使之受壓變形后只有一端能動(dòng)。與滑套相連的是上、下測量桿2、11，二者通過銷桿7、10 固定在一起。當(dāng)井徑變化引起測量臂壓縮時(shí)，相應(yīng)的上或下滑套隨之動(dòng)作，帶動(dòng)其上的測量桿作軸向運(yùn)動(dòng)，井徑的變化就轉(zhuǎn)化為測量桿的位移了。由檢測電路檢測這一位移，就可得到井徑的變化。
3、井徑探頭測量原理
井徑探頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖2，等效電路圖見圖3[2]。測量原理是電容法，即將井徑的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓?。其中，測量桿5（圖1中的零件2 和零件11）與儀器外殼聯(lián)通作為一個(gè)電極，黃銅作的探頭3 外敷一層聚氟乙烯絕緣層4 后作為另一個(gè)電極，二者組成一個(gè)容量變化電容傳感器。如圖 3 所示，測量探頭實(shí)際上由三部分組成：分布電容Cf 、電極絕緣層電容 Cp、電極棒和測量桿外殼之間的被測電容Cz。當(dāng)傳感器幾何尺寸已定，則Cf 和Cp 為固定值，測量探頭傳感器的容量變化只決定于測量介質(zhì)和兩個(gè)電極的相對位置。一般對于注水井來說，注入流體是一定的，因此，測量探頭傳感器的容量變化就只決定于兩個(gè)電極的相對位置變化。當(dāng)測量桿隨測量臂發(fā)生位移后，引起電容的容量變化，這個(gè)變化就表征了井徑的改變。測量電路紀(jì)錄到這個(gè)電容變化后就可以換算為井徑的大小，利用解釋軟件計(jì)算并模擬出測量段套管或油管內(nèi)徑變化，并用橢圓面積計(jì)算公式A= abπ計(jì)算出當(dāng)前面積（a、b 分別為井徑的兩個(gè)測量臂測出的尺寸），為流量解釋提供校正因子。為了能夠在正常注水情況下測試，井徑儀外徑設(shè)計(jì)為φ38mm，可以通過油管下入，測量范圍覆蓋油管和套管內(nèi)徑。
4、相關(guān)計(jì)算
電容中心電極半徑為 r，內(nèi)電極絕緣層厚度為d，絕緣材料介電常數(shù)為ep，傳感器外電極內(nèi)表面半徑為R，電極長度為h，ez 為注入水介電常數(shù)，根據(jù)同軸柱狀電容器容量計(jì)算公式，可得絕緣層和被測介質(zhì)的電容Cp、Cz 為[4]：÷øöçèæ +=rrhC pp dpeln2，÷øöçèæ+=dperRhC zzln2(5)傳感器電容 Cx 為:(6)ln ln2÷øöçèæ ++ ÷øöçèæ+= ++= +rrrRhCC CC CC Cp zp zfz pz px fdedepe e取 R＝3mm，r＝2mm，絕緣材料選用聚四氟乙稀(ep＝2.0)、厚度d＝0.2 mm，取水的介電常數(shù)ez=80，則測量桿每移動(dòng)1mm 井徑探頭產(chǎn)生的電容變化約為1.1pF，電路設(shè)計(jì)具有0.1pF 的分辨率，因此，*可以滿足使用要求。傳感器電容變化量及流量變化量與井徑關(guān)系如圖 4。
五、注意事項(xiàng)(1).為了不對現(xiàn)有電磁流量計(jì)改動(dòng)，井徑儀設(shè)計(jì)為過線形式，安裝于電磁流量計(jì)上方。(2).電磁流量計(jì)下部接扶正器，使儀器居中。(3).井徑測量臂應(yīng)采用高硬度彈簧鋼制成。(4).在實(shí)際測試中起下儀器的速度應(yīng)控制。
六、結(jié)論
智能電磁流量計(jì)測量精度高，有較好的應(yīng)用效果。但實(shí)際測量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，引起測量結(jié)果誤差。將井徑測量引入智能型電磁流量計(jì)剖面測試中，可有效校正因測量通道發(fā)生變化引起的測量誤差。設(shè)計(jì)的井徑儀采用了新穎的電容法測量原理，有效地減小了尺寸。受外徑限制，井徑儀設(shè)計(jì)為四臂獨(dú)立，測量臂采用扶正片形式，由連桿帶動(dòng)測量臂移動(dòng)，由測量探頭電容的大小變化得出測量臂的位移大小，進(jìn)而確定該扶正片對應(yīng)套管尺寸的變化。井徑與電磁流量計(jì)一體化設(shè)計(jì)，使井徑儀即可測量通道井徑的變化，又能作為電磁流量計(jì)的扶正器使用，在基本保持儀器長度的前提下為流量解釋多提供了一個(gè)測量參數(shù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 范玉久，化工測量及儀表[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，1981版[2] “JLS-∮25 分測儀”說明書[Z]，江漢采油工藝研究院[3] 蔡武昌，智能電磁流量計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用動(dòng)態(tài)[J]，自動(dòng)化儀表，1988，9（3）[4] 王莉田等, 電荷轉(zhuǎn)移式原油含水率傳感器的研究[J]，傳感器技術(shù)，1999( 2)：19－23--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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