摘要(yào):電磁流量在油田(tián)開發中主要應用(yòng)于水井的分層流(liú)量測試和驗漏。電(dian)磁流量計 受到測(cè)井環境、套管狀況(kuang)、井内流體性質等(děng)因素的影響,會出(chu)現示值偏差,介紹(shao)電磁流量計原理(lǐ)，同時就影響流量(liang)計測井的幾✉️個因(yīn)素進行了淺析,對(dui)油田後期開發測(cè)井生産有指導作(zuo)用。
1前言
　　吸水剖面(miàn)測井資料是油田(tian)測井不可缺少的(de)動态監測資料，當(dāng)油田開發進人中(zhong)後期,正确掌握注(zhù).水井各小層的吸(xī)🌈水情況能🏃‍♀️夠爲油(you)藏中和調整,挖潛(qian)增效提🙇‍♀️供可靠的(de)數據。
　　目前進行的(de)分層流量測井是(shì)通過直讀式電磁(ci)流量計⚽下人👌注水(shuǐ)井中，在正常配注(zhù)情況下測取水井(jǐng)各個層位對于注(zhù)人水的分配比例(lì),從而根據測量結(jie)果對水井進行調(diào)剖堵水，提高注人(ren)水在各個層位的(de)波及系數,提高油(you)層的驅油效率,從(cong)而提高采收率。電(dian)磁流🛀量計是随着(zhe)電子技術的發展(zhǎn)而迅速❗發展起來(lái)的基于法拉第電(dian)磁感應定理的用(yòng)🐉來測量導電性液(yè)體體積流量的儀(yí)表。與⚽其它流量測(cè)量儀表相比，電磁(cí)流量計具有一-些(xie)突出的優點:測量(liàng)✊有導電性⛷️的介質(zhì)的流量不受其溫(wen)度、豁度、密💜度、壓🐇力(lì)等物理參數的影(ying)響;無❗機械慣性,反(fan)映靈敏,可測🌍瞬時(shí)脈動流.量;直線性(xìng)好，測量精度高,測(ce)量範圍寬，耐腐蝕(shí)性能強等等,因此(cǐ)♉在衆多的流量儀(yí)表中,電磁流量計(ji)成爲發展最快的(de)流量儀表之一。.
2電(dian)磁流量計測量原(yuán)理
　　直讀電磁流量(liàng)計的測量原理基(jī)于法拉第電磁感(gǎn)應定律。電🈲磁流量(liang)計的測量原理如(rú)圖1所示,當流體在(zài)磁場中作切割磁(ci)力線運動時,流體(tǐ)中帶電粒子受羅(luó)侖磁力的🔱作用将(jiang)感應出✂️與流速成(chéng)正比的感應電動(dong)勢，當流速分布相(xiàng)對于測量管中🐆心(xīn)軸對稱時,電極檢(jiǎn)測到的流量信号(hao)将與被測流體的(de)平均流速成正比(bǐ),然♍後求得液體的(de)體積流量。
 
　　電磁(ci)流量計儀器的内(nei)部結構如圖2所示(shì)。在均勻磁場中,安(ān)置--根非導磁材料(liao)制成的内徑爲d且(qiě)在内壁襯有絕緣(yuán)材料的測量導管(guǎn)。當導電液體在.測(cè)量導管流動時,将(jiang)作切割磁力線運(yun)😘動。假設所有液體(tǐ)質點都以平均流(liú)速V運動,液流速度(du)在整個測量導管(guan)的截面上是均勻(yún)一緻的。把液體看(kàn)成許多.直徑爲d且(qie)連續運動着的薄(báo)圓盤結構,薄盤等(děng)效于長度爲d的導(dǎo)電體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,其切割磁力(lì)線的速度相🐉當于(yu)V。由電磁感應🚩原理(li)可知,在液體🌈薄圓(yuán)盤内将産生連📱續(xù)的感應電動勢E:
 
式(shi)中:E一感應電動勢(shi)(V);
B一磁感應強度(T);
d一(yi)測量導管直徑(cm);
V一(yī)被測液體的平均(jun)流速(cm/s)。
　　感應電動勢(shi)E可通過位于測量(liàng)導管直徑兩端的(de)一㊙️對電極輸出🐆。E的(de)方向垂直于液體(ti)流向和磁力線方(fang)向,可用右手定則(zé)判斷。
通過導管的(de)流量q爲
 
　　由上式可(kě)知,對于帶電粒子(zi)均勻分布的流體(ti),當磁場強🏃‍♂️度一定(ding)時,感應電壓與流(liú)體的流速成線性(xìng)關🐅系,與流體的溫(wēn)度、壓力、密度和粘(zhān)度等物理參數無(wú)關,所以電磁流量(liàng)計具有許多其它(tā)機械式流量計無(wú)可比拟的優點，能(neng)📐實現大量程範圍(wéi)的精度高測量。直(zhí)讀式電🏒磁流量計(jì)原理框圖如圖3所(suo)示。
 
　　當磁感應強度(dù)B保持常數時,被測(ce)流體的體積流量(liang)q與感應電動勢E成(cheng)正比。即
 
　　式(4)是在均(jun1)勻直流磁場條件(jian)下導出的。由于直(zhi)流磁場使管🙇‍♀️道中(zhong)的導電液體電解(jie),電極極化,所以會(huì)影響測🔞量的精度(dù)。因此通常采用交(jiāo)流磁場工作,交流(liú)磁場的🌈磁感應強(qiáng)度B表示爲:
 
　　式(8)說明(míng),當d一定及磁感應(ying)強度B保持常數時(shí)，被測流📞體🔴的體積(ji)流量q與兩極間的(de)電動勢E成正比，由(you)此可💁以得💜到被測(cè)流體的🛀流量。
　　電磁(cí)流量計主要用于(yú)測量電導率大于(yu)10-4/cm·Ω的單相流體。不㊙️适(shi)用⚽氣體、蒸汽。可進(jin)行雙向流動測量(liàng)。對儀表前後直管(guan)段的要求不高🔞,不(bu)受流體的溫度、壓(ya)力、密度、粘度等參(cān)數的影響。但被測(cè)流體内💃不應有不(bú)均👉勻的氣體和固(gu)體,不應有大量的(de)磁性物質。
 
3重29電磁(cí)流量計響應影響(xiang)因素分析
　　電磁流(liu)量計常被用來測(ce)量管道中導電流(liu)體的流量,不管流(liú)體的性質如何，隻(zhi)要其具有微弱的(de)導電性(電導率＞8X10-5m/s)即(ji)可進行測量⭐。通常(chang)油田注人的聚合(he)物混合液的導電(diàn)🧡性能良好,符合這(zhe)種測量條件。
　　電磁(ci)流量計自從商品(pǐn)化以來,其技術進(jìn)步十分明顯,新材(cai)⁉️料、新☁️設計尤其是(shi)采用了大規模集(ji)成電路、單片機和(hé)計算機,其技術性(xìng)能指标和功能都(dōu)有很🚶‍♀️大提高,特别(bie)是抗幹擾🧡能力、可(kě)靠性和🌈穩定性的(de)改🌍善尤爲明顯。從(cong)以上推導的表達(dá)式看,感應電壓與(yu)流體的流速成線(xiàn)性關系，似乎與其(qí)它因素無關。事實(shi)上,客觀條件的限(xiàn)制導緻了電磁流(liú)量計還受到以下(xia)因素的影響,影響(xiǎng)大時流量計甚至(zhi)不能正常☀️工作,具(ju)體分析如下;
3.1流速(sù)分布影響
　　當流速(sù)分布相對于測量(liang)管中心軸對稱時(shi),電極檢測到的流(liú)♊量信号将與被測(cè)流體的平均流速(sù)成正.比。當🌈流速分(fen)布相對管中心爲(wèi)非軸對稱時,還用(yong)，上述公式計算流(liú)量時将會産生測(cè)量誤💔差。因爲電極(jí)🔱上得到的感生電(dian)動勢是測量管内(nèi)所有液體共同貢(gòng)獻的結果,每一個(gè)流體質點都有貢(gòng)獻。由于各個流體(ti)質點相對于電極(ji)的幾何位置不同(tóng),即使各質點速度(du)一🐆樣,它們對電動(dong)✂️勢的貢獻也是不(bú)同的。越靠近電極(ji)的質點對電動勢(shi)的貢獻越大。也就(jiù)是說,電極附近🐕的(de)感應電動勢較大(da),與兩電極平面成(chéng)90度的地方的流體(ti)産☂️生的感應電動(dòng)勢就小。如果電極(jí)🐅附近的流速非軸(zhóu)對稱偏大，測得的(de)流量信号就比📐實(shi)際流量值大;反之(zhi),電極附近的流速(sù)非軸對稱偏小,測(ce)得的流量信号也(ye)就偏小。爲了消除(chú)由于流速分布而(er)産生的測量誤差(chà),在電磁流❓量傳感(gan)器前應有--定長度(du)的直管段,以保證(zhèng)流速的軸對稱分(fèn)布。
3.2磁場邊緣效應(yīng)影響
　　由前述可知(zhi),電磁流量計的基(ji)本表達式是在假(jia).定💔沿流體的流☔動(dong)方向，上磁場始終(zhōng)是均勻爲前提下(xia)推導✂️而得到的💃。這(zhè)就💋意味💚着沿管軸(zhóu)方向上的磁場無(wú)限長,而實際👌流量(liang)計的線圈長度是(shì)🔴有限的,并且爲了(le)實現流量計的小(xiao)型化,總是希望勵(li)磁線圈和🈲測量管(guǎn)的長度越短越好(hao)。這樣就會出現磁(cí)場邊緣效應,即磁(ci)場軸向長度對感(gǎn)應電動勢幅值和(hé)勵磁線圈兩端的(de)磁感應強度不均(jun)勻。磁場中間部分(fèn)大緻是均勻的,兩(liang)端則🌈逐漸減弱,形(xing)成不🌈均勻的邊緣(yuan),最後.下降爲零。使(shǐ)得液體内部電場(chang)E也不均勻,産生渦(wō)電流。由渦電流所(suǒ)産生的二次磁通(tong)反過來改變☂️磁場(chǎng)邊緣部分的工作(zuo)磁🙇🏻通,使磁場的均(jun1)勻性進--步遭到破(po)壞。這時在電極.上(shàng)測量到的感應電(diàn)動勢與無限長磁(ci)場下的感應電動(dong)勢不一樣,産🤟生了(le)誤差。理論分析表(biǎo)明,爲了減少邊緣(yuán)效應💋,勵磁線圈的(de)軸向長度應爲測(cè)量管内徑的1.4~1.52倍。這(zhè)樣才📞可以使電極(jí).上産🚶生的感應電(diàn)動勢接近于無限(xiàn)長磁場的理論計(ji)算值。
　　假如管壁是(shi)導電的，磁場邊緣(yuan)效應更加明顯，從(cong)而導緻電極.上感(gǎn)應電動勢的損失(shī)增加,所以管壁通(tōng)常要塗_上絕緣層(céng)。假如介㊙️質的電導(dǎo)率極高(如液.态金(jin)屬),磁🏃‍♀️場邊緣區域(yù)兩側的磁場分别(bie)被削弱和增強。所(suo)以測量電導率高(gāo)的介質不宜用交(jiāo)流勵磁，而應用直(zhí)流勵磁。若被測介(jie)質中含有導磁性(xìng)物質(鐵鑽、鎳之類(lèi)),磁場邊緣效應就(jiù)更複雜。由于導磁(cí)性物質的存在，使(shǐ)磁場👅發生嚴重畸(jī)變,造成測量的非(fēi)線性。
3.3液體電導率(lǜ)影響
　　使用電磁流(liú)量計的前提條件(jiàn)是被測液體必須(xū)是導♌電的,不能低(di)于阈值(即下限值(zhí))。電導率低于阈值(zhí)會産生測量誤差(cha)直至不能使用。通(tong)用型電磁流量計(ji)的阈值在10-4~(5X10-6)s/cm之間。電(dian)磁流量計不适用(yong)💋于電導率很低的(de)介質的根本原❓因(yin)在于傳感器與轉(zhuǎn)換器的阻抗匹配(pèi)問題。目前,轉換器(qì)的輸人阻抗一-般(ban)隻能達到100~200M,也就是(shì)說要保證0.1%的傳輸(shu)精度傳感器内阻(zu)Rs必須小于100~200KΩ。若電極(jí)直徑0.01m,可得到被測(ce).介質🐅電導率的最(zui)低值。
 
　　工業用水及(ji)其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4s/cm,酸、堿、鹽液(yè)的🏃🏻電🐉導率在10-4~10-1s/cm之間(jian),使用不存在問題(ti)，低度蒸餾水爲10-5S/cm也(ye)不存在問題。石油(you)制品和🈲有機溶劑(jì)電導率過低就不(bu)能使用。對于🐪氣體(ti)、蒸氣以及🚶‍♀️含大量(liàng)氣泡的液體就無(wú)法:使用了。
3.4流體粘(zhan)度、流體溫度及環(huán)境溫度影響
　　通常(chang)認爲電磁流量計(ji)所測體積流量不(bu)受液體電導❤️率⭐(隻(zhi)要💔大于某一阈值(zhi))、液體粘度、液體溫(wēn)度和環境溫度等(děng)參量的影響。但實(shi)際應用中,流體粘(zhan)度、流體溫度㊙️及環(huán)境溫度等或多或(huo)少對測量有些影(yǐng)響🌈。實驗研究表明(ming)，如果要求精度💞較(jiao)高,基本誤差小于(yu)0.5%~1%,則液體粘度、液體(ti)溫度和環境溫度(dù)的影響就不可忽(hū)略;如果要求🙇‍♀️測量(liàng)精度不高,可以忽(hū)略不計。
3.5流體含有(yǒu)混入物影響
　　電磁(ci)流量計在許多使(shǐ)用狀況下,被測流(liú)體中都會含有😍混(hun)人物。一般而言,混(hun)人成泡狀流的微(wēi)小油氣泡仍可正(zhèng)常工作,但測得的(de)是含油氣泡體積(jī)的混⁉️.合體積流量(liàng);如果油氣體含量(liàng)☂️增加到☂️形成彈狀(zhuàng)流，因電極可能被(bèi)氣體蓋住使電路(lù)瞬間斷開,出現輸(shu)出晃動甚至不能(néng)正常工作。
　　含有非(fēi)鐵磁性顆粒或纖(xiān)維的固液兩相流(liu)同樣可以測得其(qi)體積流量。固體含(hán)量較高的流體,如(ru)鑽井泥漿、鑽探固(gu)井✊水泥漿、紙🐕漿等(deng)實際上已屬非牛(niú)頓流體。由于固體(ti)在載體液中-.起流(liu)動,兩者之間有滑(huá)動,速度上🍓有差異(yì),單相流液體校驗(yàn)的儀表用于固液(ye)兩相流會産生誤(wu)差。雖🆚然還未見到(dao)♍電磁流量計應用(yong)于固液兩相流中(zhōng)固型物影響的系(xì)統實驗報告,但國(guó)外🐪有報道稱固型(xíng)物含量有14%時誤差(chà)在3%範圍内。
3.6附着和(he)沉澱影響
　　電磁流(liú)量計使用時間長(zhǎng)或者是用于測量(liang)易附着和沉澱物(wu)質😘的流體時,會在(zài)管壁，上産生附着(zhe)層，若附着的是比(bǐ)液體電導率高的(de)導電物質,信号将(jiang)被短路不能工作(zuo),若是非導電物質(zhi)則首先應注意電(dian)✏️極的污染。若附着(zhe)于襯裏管璧層爲(wèi)氧化鐵鏽層,或以(yǐ)金屬爲主要成分(fèn)的燃料,其電導率(lǜ)大于液體電導率(lü),測得的流量值将(jiāng)比實際流量小;若(ruò)爲碳酸鈣等水垢(gòu)層,其電導率低于(yu)液體,測得的測量(liang)值将高于實際流(liu)量。若附着層電導(dao)率與液體相同,按(an)上式🈲計算附加誤(wù)差爲零,但僅局限(xian)于附着層厚度小(xiǎo)的🌈條件。此種情況(kuang)下,流通面✔️積減小(xiǎo),但平均流速增加(jia)，二者相互間可抵(dǐ)消。
3.7電極表面效應(ying)影響
　　電極表面效(xiào)應分爲表面化學(xue)反應、電化學和極(ji).化現象以🌂及電極(ji)的觸媒作用三方(fang)面。化學反應效應(yīng)如電👣極表✔️面與被(bèi)測介質接觸後,形(xíng)成鈍化膜或氧化(hua)層。它們對耐💃腐蝕(shi)性能起到積極的(de)保護作用,但也可(kě)能增加接觸電✔️阻(zu)。電化學電勢變化(hua)和極化現.象會産(chan)生幹🚩擾電勢而形(xing)㊙️成噪聲。漿液噪聲(sheng)和流動噪聲即是(shì)電💯極📐表面噪聲的(de)表現。漿液噪聲是(shì)在測量泥漿纖維(wéi)等液固兩相流時(shi)，固體顆粒(或液體(ti)中的🛀氣泡)擦過電(diàn)極表面,電極表面(miàn)接觸電化學電勢(shi)突然變化,輸出流(liú)量信号出現尖峰(fēng)脈沖狀噪聲。流體(tǐ)噪聲是在測量較(jiao)低電導率液體流(liu)量㊙️時,電極的電化(hua)學電勢定期變化(huà)，産生随流速增加(jiā)而頻率增加的随(suí)機噪聲,引起儀表(biao)輸出出現波動現(xiàn)象。極化電勢是電(dian)🐪感生電動勢在兩(liǎng)電極❗極性🌈不同,導(dao)緻電解質在電極(ji)表面産生極化。雖(suī)然交變勵磁将極(jí)化㊙️電勢減弱了幾(jǐ)個數量級,但不能(neng)完全消除極化電(diàn)勢幹☎️擾的影響。極(ji)化電勢和液體介(jie)質性質以及電極(ji)材料性質🏃有關。
3.8變(biàn)壓器效應影響
　　電(dian)磁流量計的兩個(ge)電極、輸入輸出回(hui)路和介質一起構(gòu)成了一✉️個閉合回(huí)路。勵磁線圈相當(dang)于變壓器的初級(ji)線圈,該⭐閉合回路(lu)相當于次級線圈(quan)。這個次級線圈不(bú)可能與勵磁磁力(lì)線完全平行，總有(yǒu)一部分交變的磁(cí)力線穿過該閉合(hé)❄️回路平面,形成了(le)所🏒謂的“變壓器效(xiào)應”。幹擾電動勢e,,根(gen)據楞次定律得:
 
　　可(ke)見e1與勵磁電源頻(pin)率有關,而與流量(liàng)大小和傳感器口(kǒu)徑無關。降低勵磁(ci)電源頻率可減小(xiǎo)這種幹擾。
4結論
　　在(zai)石油開發中,測井(jing)是一個非常重要(yao)的環節，測井儀器(qì)是石油測井使用(yong)的專業測量器具(jù),直接影響🥵油井的(de)測量結果，在☎️油田(tián)後期開發難度不(bú)斷加大🌈情況下🐕,積(ji)極應用測井新設(she)備、新技術是提高(gāo)測井成功率的有(you)效途徑,在測井實(shi)際工作中🍓盡量規(guī)避🈲電磁流量的影(yǐng)響因素,爲油田後(hòu)期高💛效開發提供(gong)♋的技術支撐。

本文(wén)來源于網絡,如有(yǒu)侵權聯系即删除(chu)！