摘要(yao):電磁流量在油田(tián)開發中主要應用(yong)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(chū)現示值偏差,介紹(shào)電磁流量計原理(lǐ)，同時就影🏃🏻響流量(liàng)計測井的幾個因(yīn)素進行了淺析,對(dui)油田後期開發測(ce)井生産有指導❄️作(zuò)用。
1前言
　　吸水剖面(miàn)測井資料是油田(tián)測井不可缺少的(de)動态監測🐆資🈚料，當(dang)油田開發進人中(zhōng)後期,正确掌握注(zhu).水㊙️井各小層的吸(xī)水情況能夠爲油(yóu)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(shi)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(jing)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(diao)剖堵水，提高注人(rén)💔水在各個層📐位的(de)波及系數,提高☔油(yóu)層的驅油效率,從(cóng)💞而提高采❓收率。電(diàn)磁流✍️量計是随着(zhe)電子技術的㊙️發展(zhan)而迅速發展起來(lai)的基🈲于法拉第電(diàn)磁感應定理的用(yong)來測♈量導電性🐉液(yè)體體🚶積流量的儀(yi)表。與其它流量測(ce)量儀表相比，電磁(cí)流量㊙️計具有一-些(xiē)突出的優點:測量(liàng)有導電性的介質(zhì)的流量不受其溫(wēn)度、豁度、密度、壓🍉力(li)等物理參數的影(yǐng)響;無機械慣性,反(fan)映靈敏,可測瞬時(shi)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(yi)表中,電磁流量計(ji)☁️成爲發展最快的(de)流量儀表㊙️之一。.
2電(diàn)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(gan)應定律。電磁流量(liàng)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(luo)侖磁力的作用将(jiāng)感應出與流速成(cheng)正比的感應電動(dong)勢，當流速分布相(xiang)對于測量管中心(xin)軸對稱🧡時,電極檢(jian)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(shi)。在均勻磁場中,安(ān)置✂️--根非導磁材料(liào)制成的内徑爲d且(qiě)在内壁🐆襯有絕緣(yuan)材料的測量導管(guǎn)。當導電液體在.測(cè)量導😍管流動時,将(jiāng)作🔱切割磁力線運(yun)動。假設♉所有液體(ti)質點都以平均流(liu)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(kan)成許多.直徑爲d且(qie)連續運動着的薄(bao)圓盤結構,薄盤等(děng)效于長度爲☎️d的導(dao)電體,其切割磁力(lì)線的速度相當于(yú)V。由電磁感應原理(li)可知,在液體薄圓(yuán)盤内将産生連續(xu)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(shì)E可通過位于測量(liang)導管直徑兩端的(de)一對電極輸出💋。E的(de)方向垂直于液體(tǐ)流向和磁力線方(fang)向,可用右手定則(ze)判斷。
通過導管的(de)流量q爲
 
　　由上式可(ke)知,對于帶電粒子(zǐ)均勻分布的流體(tǐ),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(wen)度、壓力、密度和粘(zhān)度等物理參數無(wu)✨關,所以電磁流量(liang)計具✂️有許多其它(ta)機械式流量計無(wú)可比拟♉的優點，能(néng)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(suǒ)示。
 
　　當磁感應強度(dù)B保持常數時,被測(cè)流體的體積流量(liàng)q與☔感🏒應電動勢E成(chéng)正比。即
 
　　式(4)是在均(jun1)勻直流磁場條件(jiàn)下導出的。由于直(zhí)流磁場使管道🐉中(zhōng)♌的導電液體電解(jiě),電極極化,所以會(hui)影響測♊量的精度(du)。因此通常采用交(jiao)流磁場工作,交流(liú)磁場的磁感應強(qiang)度B表示爲:
 
　　式(8)說明(ming),當d一定及磁感應(yīng)強度B保持常數時(shi)，被測流體♍的體積(jī)✊流🌈量q與兩極間的(de)電動勢E成正比，由(yóu)此可以得到被測(cè)流體的🈲流量。
　　電磁(ci)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(shì)用氣體、蒸汽。可進(jìn)行雙向流動測量(liang)。對儀表前後💞直管(guǎn)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(ce)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(ci)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(liu)體的性質如何，隻(zhī)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(jin)步十分明顯,新💯材(cai)料、新設計尤其是(shi)采用了大規模集(jí)成電路、單片機和(he)計算機,其技術性(xing)能指标和功能都(dōu)有很🚩大提高🌈,特别(bié)是抗幹擾能力、可(ke)靠性和穩定性的(de)改善尤爲明顯。從(cóng)以上🙇🏻推導的表達(dá)式看,感應電壓與(yǔ)流體的流速成線(xian)性關系，似乎與其(qi)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(zhì)不能正常工作,具(jù)體分析如下;
3.1流速(sù)分布影響
　　當流速(su)分布相對于測量(liang)管中心軸對稱時(shí),電極檢測到的流(liu)量信号将與被測(ce)流體的平均流速(sù)成正.比。當流速分(fèn)布相對管中心爲(wèi)非軸對稱時,還用(yong)，上🌈述公式💋計算流(liu)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(tǐ)質點相對于電極(jí)的幾何位置不同(tóng),即使各質點速度(du)一樣,它們🏒對電動(dòng)勢的貢獻🏃也是不(bu)同的。越靠近電極(jí)的質點對電動勢(shì)的貢獻越大。也就(jiu)是說,電極附近的(de)感應電動勢較大(da),與兩電極平面成(cheng)90度的地方的流體(ti)産生的感🔅應電動(dong)勢就小。如果電極(jí)附近的流速🔞非軸(zhou)對稱偏🔴大🈲，測得的(de)流量信号就比🐇實(shí)際流量值大;反之(zhi),電極附近✌️的流速(su)非軸對稱偏🌈小,測(ce)得的流量信号也(yě)就偏小。爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻了消除(chú)由于流速分布而(ér)産生的❤️測量誤差(chà),在電磁流量傳感(gǎn)器前應有--定長度(dù)的直管段,以保證(zhèng)流速的軸對稱分(fen)布。
3.2磁場邊緣效應(ying)影響
　　由前述可知(zhī),電磁流量計的基(jī)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(xià)推導而得🔞到的。這(zhè)就意味着沿管軸(zhóu)方向上的磁場無(wu)限長,而實際🏒流量(liàng)計的線圈長度是(shì)⭐有限的,并且爲了(le)實現流量計的小(xiǎo)型化,總是希望勵(lì)㊙️磁線圈和測量管(guǎn)的長度越短越好(hǎo)。這樣就會出現磁(cí)場邊緣🧑🏾‍🤝‍🧑🏼效應,即磁(cí)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(jun1)勻。磁♻️場中間部分(fèn)大緻是均勻的,兩(liǎng)端則💜逐漸減弱,形(xíng)成不‼️均勻的邊緣(yuán),最後.下降爲零。使(shǐ)得液體内部電場(chang)E也不均勻,産生📱渦(wo)電流。由渦電流所(suo)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(jun)勻性進--步遭到破(pò)壞。這時在電極.上(shàng)測量到✌️的感應電(dian)動勢與無限長磁(cí)🎯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(ce)量管内徑的1.4~1.52倍。這(zhè)樣才可以使電極(ji).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(shì)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(ceng)。假🔞如介質的電導(dao)率極高(如液.态金(jin)屬),磁🚶‍♀️場邊緣區域(yù)兩側的磁🏃🏻‍♂️場分别(bié)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(zhi)流勵🈲磁。若被測介(jie)🏃‍♂️質中含有導磁性(xing)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(ji)變,造成測量的非(fei)線性♌。
3.3液體電導率(lü)影響
　　使用電磁流(liu)量計的前提條件(jiàn)是被測液體必須(xu)是導電的🏃,不🏃🏻‍♂️能低(di)于阈值(即下限值(zhi))。電導率低于阈值(zhi)會産生測量誤差(chà)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(diàn)磁流量計不适用(yòng)👈于電導率很低的(de)介質的根本原因(yīn)在于傳🙇🏻感器與轉(zhuǎn)換器的阻抗匹配(pèi)問題。目前,轉換器(qi)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(shū)精度傳感器内阻(zu)☂️Rs必須小于100~200KΩ。若電極(ji)直徑0.01m,可得到被測(ce).介質電導率的最(zuì)低值。
 
　　工業用水及(jí)其水溶液的電導(dao)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(yě)不存在問題。石🌂油(yóu)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(huan)境溫度影響
　　通常(chang)認爲電磁流量計(jì)所測體積流量不(bu)受液體電導✍️率(隻(zhi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻要大☀️于某一阈值(zhí))、液體粘度、液體溫(wen)度和環境溫度等(děng)參量的影響。但實(shi)際應用中,流體粘(zhān)度、流💞體溫度及環(huan)境溫度等或多或(huò)少對測🌍量有些影(ying)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(hu)略;如果要🚩求測量(liang)精度不高,可以忽(hū)略不計。
3.5流體含有(you)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(hùn)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(ji)的混🔅.合體積流量(liang);如果油氣🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體含量(liang)🈲增加到形成彈狀(zhuàng)流🚩，因電極可能被(bei)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(fei)鐵磁性顆粒或纖(xian)維的固液兩相流(liú)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(děng)實際上已屬非牛(niú)頓流體。由于固體(ti)㊙️在載體液中-.起流(liú)動,兩者之間有滑(hua)動,速度上有差異(yì),單相流液體🔅校驗(yan)的儀表用于固液(yè)兩相流會産生誤(wù)差。雖然還未見到(dào)電磁流量計🔴應用(yòng)于固液兩✂️相流中(zhong)固型物影響的系(xi)統實驗報告,但國(guo)外有報道稱固型(xíng)物含量有14%時誤差(cha)在3%範圍内📧。
3.6附着和(hé)沉澱影響
　　電磁流(liu)量計使用時間長(zhǎng)或者是用于測量(liàng)易附着🌂和🐅沉澱物(wù)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(jiāng)被短路不能工作(zuò),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(fen)的燃♍料,其電導率(lü)大于液體電導率(lü),測得的流量值将(jiāng)比實際流量小;若(ruo)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(liú)量。若附着🔴層電導(dǎo)率與液體相同,按(an)上式計算附加誤(wù)差爲零,但僅局限(xiàn)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(di)消。
3.7電極表面效應(yīng)影響
　　電極表面效(xiào)應分爲表面化學(xué)反應、電化學和極(jí).化現象以及電極(jí)的觸媒作用三方(fāng)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(huà)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(zǔ)。電化學電勢變化(huà)和極化現🈲.象會産(chan)生幹擾電勢而形(xing)成噪聲。漿液噪聲(shēng)和流動✉️噪聲即是(shi)電極表面噪聲的(de)表現。漿液噪聲是(shì)在測量泥漿纖維(wei)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(mian)接觸電化學電勢(shì)突然變化,輸出流(liú)量信号出現🧑🏾‍🤝‍🧑🏼尖峰(feng)脈沖狀噪㊙️聲。流體(ti)噪聲是在測量較(jiào)低電🌈導率液體流(liú)量時,電極的電化(hua)學電勢定期變化(huà)，産生随流速增加(jia)而頻率增加的随(sui)機噪聲,引起儀表(biǎo)輸出出現波動現(xian)象。極化電勢是電(diàn)感生電動勢在兩(liang)電極極性⭐不同,導(dǎo)緻電解質在電極(jí)表面産生極化。雖(sui)然交變勵磁将極(ji)化電勢減弱了幾(ji)個數🤩量級,但不🏒能(néng)完全消除極化電(diàn)勢幹擾的影響。極(jí)化電勢和液體介(jie)質性🔴質以及電📧極(jí)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(gou)成了一個閉合回(hui)路。勵磁線圈相當(dāng)于變壓器的初級(ji)線❌圈,該閉合回路(lù)相當于次級線圈(quān)。這個次級線圈不(bu)可能與勵磁磁力(li)線㊙️完全平行，總有(yǒu)一部🐪分交變的磁(ci)力線穿過該閉合(he)回路平面,形成了(le)所謂的“變壓器效(xiào)應”。幹擾電動勢e,,根(gēn)據楞次定律得:
 
　　可(ke)見e1與勵磁電源頻(pín)率有關,而與流量(liàng)大小和傳感器💁口(kou)徑無關🧡。降低勵磁(cí)電源頻率可減小(xiao)這種幹擾。
4結論
　　在(zai)石油開發中,測井(jǐng)是一個非常重要(yào)的環節，測井儀🏃‍♀️器(qi)❌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(tian)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(yǒu)效途徑,在測井實(shi)際工作中盡量規(guī)避🌈電磁流量的💃🏻影(ying)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)！