摘要(yào):電磁流量在油(yóu)田開發中主要(yao)應用于水井的(de)分層流量測試(shi)和驗漏。電磁流(liú)量計 受到測井(jing)環境、套管狀況(kuang)、井内流體性質(zhì)等因素的影響(xiǎng),會✍️出現示值偏(piān)差,介紹電磁流(liu)量計原理，同時(shí)就影響流量計(jì)測井的幾個因(yīn)素進行了淺析(xī),對油田後期⛹🏻‍♀️開(kai)發測井生産有(yǒu)指導作用。
1前言(yán)
　　吸水剖面測井(jǐng)資料是油田測(cè)井不可缺少的(de)動态監測資料(liao)，當💘油田開發進(jin)人中後期,正确(què)掌握注.水㊙️井各(ge)小層的吸水情(qing)況能夠爲油藏(cáng)中和調整,挖潛(qián)增效提💰供可靠(kào)的數據🏃🏻。
　　目前進(jìn)行的分層流量(liàng)測井是通過直(zhí)讀式電磁流量(liàng)🌈計✍️下人注水井(jǐng)中，在正常配注(zhu)情況下測取水(shuǐ)井各個層位對(dui)于注人水的分(fèn)配比例,從而根(gēn)據測量結果對(dui)水井進行調剖(pou)堵水，提🏃🏻‍♂️高注人(rén)水在各個層位(wei)的波及系數,提(tí)高💁油層的驅油(yóu)效率,從而提高(gāo)采收率。電磁流(liu)量計是随着電(dian)子技術的發展(zhan)而迅速🙇🏻發展起(qi)來的基于法拉(la)第電磁感應定(dìng)理的用來測量(liàng)導電性液體體(tǐ)積流量的儀表(biǎo)。與其它流量測(ce)量儀表相比，電(dian)磁流量🐉計具有(you)一-些突出的優(yōu)點:測量有導電(diàn)性的介質的流(liú)量不受其溫度(du)、豁度、密度、壓力(lì)等物理參數的(de)影響;無機械慣(guan)性,反映靈敏,可(ke)測瞬時脈動流(liu).量;直線性好，測(ce)量精度高,測量(liàng)範圍寬，耐腐蝕(shi)性能強等等,因(yin)此在衆多的流(liú)量儀表中,電磁(ci)流量計成爲發(fā)展最快的流量(liang)儀表之一。.
2電磁(cí)流量計測量原(yuan)理
　　直讀電磁流(liu)量計的測量原(yuán)理基于法拉第(di)電磁感應🔴定律(lü)✂️。電磁🥰流量計的(de)測量原理如圖(tú)1所示,當流體在(zai)磁場中作切割(gē)磁力線運動時(shí),流體中帶電粒(lì)子受羅侖磁力(li)的作用将感應(ying)出與流速成正(zheng)比的感應電動(dong)勢，當流速分布(bu)相對于測量管(guǎn)中心軸對稱🌈時(shi),電極檢測🧡到的(de)流量信🔴号将與(yǔ)被測流體的平(píng)均流速成正比(bi),然後求得液體(tǐ)的體積流量。
 
　　電磁流量計(jì)儀器的内部結(jie)構如圖2所示。在(zai)均勻磁場中,安(an)置--根非導磁材(cái)料制成的内徑(jing)爲d且在内壁襯(chèn)有😄絕緣材料😄的(de)測量導🚶管。當導(dao)電液體在.測量(liàng)導管流動時,将(jiāng)作切割磁💃🏻力線(xiàn)運動。假設所有(yǒu)液體質點都以(yǐ)平均流速V運動(dòng),液流速度在整(zheng)個測量導管的(de)截面上是🍉均勻(yún)一緻的。把液體(ti)看成🏃‍♂️許多.直徑(jìng)爲d且連續運動(dòng)着🐉的薄圓盤結(jie)構⛹🏻‍♀️,薄盤等效于(yu)長🌈度爲⭐d的導電(dian)體,其切割磁力(lì)線的速度相🌏當(dang)于V。由電磁感應(yīng)原理可知,在液(ye)體🈲薄圓盤内将(jiāng)産生🈲連♋續的感(gǎn)應電動勢E:
 
式中(zhong):E一感應電動勢(shi)(V);
B一磁感應強度(du)(T);
d一測量導管直(zhi)徑(cm);
V一被測液體(tǐ)的平均流速(cm/s)。
　　感(gan)應電動勢E可通(tōng)過位于測量導(dao)管直徑兩端的(de)一👈對電極輸出(chu)。E的方向垂直于(yu)液體流向和磁(ci)力線方向,可用(yong)右手定則判斷(duàn)。
通過導管的流(liu)量q爲
 
　　由上式可(ke)知,對于帶電粒(li)子均勻分布的(de)流體,當磁場強(qiáng)度一定💚時,感應(ying)電壓與流體的(de)流速成線性關(guān)系,與🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流體的溫(wen)度、壓力、密度和(hé)粘度等物理參(can)數無關,所以☁️電(diàn)磁流量計具⛷️有(you)許多其它機械(xiè)式流量計無可(ke)比拟的優點，能(néng)實現大量程範(fàn)圍的精度高測(cè)量。直讀式電磁(ci)流量計原理框(kuàng)圖如圖3所示。
 
　　當(dāng)磁感應強度B保(bao)持常數時,被測(cè)流體的體積流(liú)量q與感✨應電動(dong)勢E成正比。即
 
　　式(shi)(4)是在均勻直流(liu)磁場條件下導(dao)出的。由于直流(liú)磁場使管道中(zhōng)的導電液體電(diàn)解,電極極化,所(suǒ)以會影響測量(liang)的精度🙇‍♀️。因此通(tōng)常采用交流磁(ci)場工作,交流磁(cí)場的磁感應強(qiang)度B表示爲:
 
　　式(8)說(shuō)明,當d一定及磁(cí)感應強度B保持(chí)常數時，被測流(liu)體的體積流量(liang)q與兩極間的電(dian)動勢E成正比，由(yóu)此可📞以得到被(bei)測流體的⭐流量(liang)。
　　電磁流量計主(zhǔ)要用于測量電(diàn)導率大于10-4/cm·Ω的單(dan)相流體。不适用(yong)氣體、蒸汽。可進(jin)行雙向流動測(cè)量。對儀表前後(hòu)直管段的要求(qiu)不高,不受流體(ti)的溫度、壓力、密(mi)度、粘度❌等參數(shù)的影響。但被測(cè)💃🏻流體内📱不應有(yǒu)不均勻的氣體(ti)和固體,不應有(you)大量的磁性物(wu)🌐質。
 
3重29電磁流量(liang)計響應影響因(yin)素分析
　　電磁流(liú)量計常被用來(lái)測量管道中導(dǎo)電流體的流量(liàng),不管流體的性(xing)質如何，隻要其(qí)具有微弱的導(dao)電性(電導率＞8X10-5m/s)即(jí)可進行測量。通(tōng)常油田注人的(de)聚合物混合液(yè)🎯的導電性能良(liang)好,符合這種測(ce)✉️量條件。
　　電磁流(liu)量計自從商品(pin)化以來,其技術(shù)進步十分明顯(xian),新材料、新設計(ji)尤其是采用了(le)大規模集成電(dian)路、單片機和計(ji)算機,其技術性(xìng)能指标和功能(néng)都有很大提高(gao),特别是抗幹擾(rao)能力、可靠性和(he)穩定性的改善(shàn)尤爲明🏃🏻‍♂️顯。從以(yi)上🏃🏻推導的表達(dá)式看,感應電壓(yā)與🔞流體的流速(su)成線性關系，似(sì)乎與其它因素(su)無關。事☂️實上,客(kè)觀條件的限制(zhi)導緻了電磁流(liu)量計還‼️受到以(yi)下因素的影響(xiang)🏃‍♀️,影響大🔴時流量(liang)計甚至不能正(zhèng)常工作,具體分(fen)析如下;
3.1流速分(fen)布影響
　　當流速(sù)分布相對于測(cè)量管中心軸對(dui)稱時,電極檢測(ce)‼️到的流🏃🏻量信号(hao)将與被測流體(ti)的平均流速成(cheng)正🌈.比。當流速分(fen)布相對管中心(xīn)爲非軸對稱時(shi),還用，上述公式(shì)計算流量時将(jiang)會産生測量誤(wu)❗差。因爲電極上(shang)得到的感生電(dian)動勢是測量管(guǎn)内所有🍓液體共(gong)同貢獻的結果(guǒ),每一個流體質(zhì)點都有貢獻。由(yóu)于各個流體質(zhì)點相對于電極(jí)的幾何位置不(bu)同,即使各質點(diǎn)速度一☎️樣,它們(men)對電動勢的貢(gong)獻也是不同的(de)。越靠近電極的(de)質點對電動勢(shi)的貢獻越❌大。也(ye)就是說,電極附(fù)近的感應電動(dòng)勢較大,與兩電(diàn)極平面成90度的(de)地方的流體産(chan)生的感應電動(dong)勢就小。如果電(dian)極附近的流速(sù)非軸對稱偏大(dà)，測得的流量信(xìn)号就比實際流(liu)量值大;反之,電(diàn)極附近的流速(su)非軸對稱偏小(xiao),測得的🔆流量信(xin)号也就偏小。爲(wei)了消除🌈由于流(liú)速分布而産生(sheng)的測量誤差,在(zai)電磁流量傳感(gan)器前應有--定長(zhang)度的直管段,以(yǐ)保證流速的軸(zhou)對稱分布。
3.2磁場(chǎng)邊緣效應影響(xiǎng)
　　由前述可知,電(dian)磁流量計的基(jī)本表達式是在(zài)假.定🔆沿📧流體的(de)流動方向，上磁(cí)場始終是均勻(yún)爲前提下推導(dǎo)而得到的。這就(jiù)意味着沿管軸(zhóu)方向上的磁場(chǎng)無限長,而實際(jì)流量計的線圈(quān)長度是✏️有限的(de),并且爲了實現(xiàn)🌂流量計的小型(xíng)化,總是希望勵(lì)磁線圈和測量(liang)管的長度越短(duǎn)越好。這樣就會(hui)出現磁場邊緣(yuan)☔效應,即磁場⛷️軸(zhou)向長度對感應(ying)電動勢幅值和(he)勵磁線圈兩端(duan)的磁感應強度(du)不均勻。磁場中(zhong)間部分大緻❄️是(shi)均勻的,兩端則(ze)逐漸減弱,形成(chéng)不均勻的邊緣(yuan),最後.下降爲零(ling)。使得液體内部(bù)👉電場E也不均勻(yún),産生🐇渦電流。由(yóu)渦電流所産生(shēng)💋的二次磁通反(fan)過來改變磁場(chang)邊緣部分的工(gong)作磁通,使磁場(chǎng)的均勻性進--步(bù)遭到📱破壞。這時(shí)在電極.上測量(liàng)到的感應電動(dong)勢與無限長磁(ci)場下的感應電(dian)動勢不一樣,産(chan)生了誤差。理論(lùn)分析表明,爲了(le)減少邊緣效應(ying),勵磁線圈的軸(zhóu)向長度應爲測(cè)量管内徑的1.4~1.52倍(bèi)。這樣才可以使(shǐ)電極.上産生的(de)感應電動勢接(jie)近于無限長磁(ci)🙇🏻場的理論🌈計算(suan)值。
　　假如管壁是(shi)導電的，磁場邊(biān)緣效應更加明(ming)顯，從而導緻電(diàn)極.上感應電動(dòng)勢的損失增加(jia),所以管壁通常(chang)要塗_上絕緣層(ceng)。假如介質的電(diàn)導率極高(如液(ye).态金屬),磁場邊(biān)緣區域兩側的(de)磁😍場分别被削(xue)弱和增強。所以(yi)測📧量電導率高(gao)的介質不宜用(yong)交流勵磁，而應(yīng)用直流勵磁。若(ruo)被測介質中含(hán)有導磁性物質(zhi)(鐵☀️鑽、鎳之類),磁(ci)場邊緣效應就(jiù)更複雜。由于導(dǎo)磁性物🐕質的存(cun)在，使磁場發生(shēng)嚴重畸變,造成(chéng)測量的非線性(xìng)。
3.3液體電導率影(ying)響
　　使用電磁流(liú)量計的前提條(tiáo)件是被測液體(tǐ)必須是導電的(de),不能低于阈值(zhí)(即下限值)。電導(dao)率低于阈值會(huì)産生測量誤📱差(cha)直至不🔆能使用(yong)。通用型電磁流(liu)量計的阈值在(zai)10-4~(5X10-6)s/cm之間。電磁流量(liang)計不适用于電(diàn)導率很低的介(jiè)質的根本原因(yin)在于傳感器與(yǔ)轉👅換器的阻抗(kàng)匹配問題。目前(qian),轉換器的輸人(ren)阻抗🎯一-般隻能(néng)達🎯到100~200M,也就是說(shuo)要保證0.1%的傳輸(shū)精度傳感器内(nèi)阻📧Rs必須小于100~200KΩ。若(ruò)電極直徑0.01m,可得(de)到被測.介質電(diàn)導率的最低值(zhi)。
 
　　工業用水及其(qí)水溶液的電導(dao)率大于10-4s/cm,酸、堿、鹽(yán)液的電導率🏃‍♀️在(zai)🙇🏻10-4~10-1s/cm之☔間,使用不存(cún)在問題，低度蒸(zhēng)餾水爲10-5S/cm也不存(cún)在問👈題。石油制(zhì)品和🏃🏻‍♂️有機溶劑(jì)電導率過低就(jiù)不能使用。對于(yú)氣體、蒸氣以及(jí)⛷️含大量氣泡的(de)液體就無法:使(shǐ)用了。
3.4流體粘度(dù)、流體溫度及環(huan)境溫度影響
　　通(tōng)常認爲電磁流(liú)量計所測體積(ji)流量不受液體(tǐ)電導率(隻要大(da)于某一阈值)、液(ye)體粘度、液體溫(wen)度和環🈚境溫度(dù)等參量的影響(xiǎng)。但實際應用中(zhong),流體粘度、流體(tǐ)溫度❌及環境🐆溫(wen)度等或多或少(shao)對測量有些影(ying)響💁。實驗研究表(biǎo)明，如果要求精(jīng)度較高,基本誤(wù)差小于♈0.5%~1%,則液體(ti)粘度、液體溫度(dù)和環境溫度的(de)影響就不可忽(hū)略;如果要求測(ce)量精度不高,可(ke)以忽略不計🧡。
3.5流(liú)體含有混入物(wu)影響
　　電磁流量(liàng)計在許多使用(yong)狀況下,被測流(liú)體中都會含❓有(yǒu)混💃人物。一般而(ér)言,混人成泡狀(zhuang)流的微小油氣(qì)泡仍可正🥰常工(gong)作,但測得的是(shì)含油氣泡體積(ji)的混.合體積☀️流(liú)量;如果油氣體(ti)含量㊙️增加到形(xíng)成彈狀流，因電(diàn)極可能被氣體(ti)蓋住使電路瞬(shun)間斷開,出現輸(shu)出晃動甚至不(bu)能正常工👅作。
　　含(hán)有非鐵磁性顆(ke)粒或纖維的固(gu)液兩相流同樣(yang)可以👅測得其體(ti)積流量。固體含(han)量較高的流體(tǐ),如鑽井泥漿、鑽(zuàn)探固井水泥漿(jiāng)、紙漿等實際上(shàng)已屬非牛頓流(liú)體。由于固體在(zai)載體液中-.起流(liu)動,兩者之間有(you)滑動,速度上🔅有(yǒu)差異,單相流液(yè)體校驗的儀表(biǎo)用于固液兩相(xiang)流會産生誤差(chà)。雖❄️然還未見到(dào)電磁流量計應(yīng)用于固液兩相(xiàng)流中固型物影(yǐng)響的系統實🈲驗(yàn)報告,但國外有(you)報道💜稱固型物(wu)含量有14%時誤差(chà)在3%範圍内。
3.6附着(zhe)和沉澱影響
　　電(dian)磁流量計使用(yong)時間長或者是(shi)用于測量易附(fù)着和沉澱物質(zhi)的流體時,會在(zài)管壁，上産生附(fu)着層，若附着🔆的(de)是📐比液體電☎️導(dao)率高的導電物(wu)質,信号将被短(duǎn)路不能工作,若(ruò)是非導電物質(zhì)則首先應注意(yì)電極的污染。若(ruò)附着于襯裏管(guan)璧層爲氧化鐵(tiě)鏽層,或🈲以金屬(shu)爲主要成分的(de)燃料,其電導率(lǜ)大于液體電導(dǎo)率,測得的🚩流量(liang)值将比實際♉流(liú)量小;若爲碳酸(suan)鈣🔞等水垢層,其(qí)電導率低于液(ye)體,測得的測量(liàng)值将高于♊實際(ji)流量。若附着層(ceng)電導率與液體(ti)相同,按上式計(jì)算附加🌏誤差爲(wei)零,但僅局限于(yu)附着層厚度小(xiao)的條件。此種情(qing)況下,流通面🌏積(ji)減小,但平均流(liú)速增加，二者相(xiàng)互間✔️可抵消。
3.7電(dian)極表面效應影(ying)響
　　電極表面效(xiào)應分爲表面化(hua)學反應、電化學(xué)和極.化現象🤟以(yǐ)及電極的觸媒(mei)作用三方面。化(hua)學反應效應如(ru)電極表面與被(bei)測🍉介質⭕接觸後(hou),形成鈍化膜或(huò)氧化層。它😄們對(dui)耐腐蝕性能起(qi)到積極的保護(hu)作用,但也可能(néng)增加接觸電阻(zǔ)。電化學💁電勢變(biàn)化⚽和極化現.象(xiang)會産生幹擾電(diàn)勢而形成噪聲(sheng)。漿液噪聲和流(liú)動噪聲即是電(dian)🈲極表面噪聲的(de)表現。漿液噪聲(shēng)是在測量泥漿(jiāng)纖維等液固兩(liang)相🔞流時，固體顆(kē)粒(或液體中的(de)氣泡)擦過電極(jí)表🧑🏽‍🤝‍🧑🏻面,電極表面(miàn)接觸電化學電(diàn)勢突然變化,輸(shu)出流量信号出(chū)現尖峰脈沖狀(zhuàng)噪🛀🏻聲。流體噪聲(sheng)是在測量✂️較低(dī)電導率液體流(liu)量❗時,電極的電(dian)化學電勢定期(qī)變化，産生随流(liu)速增加而頻率(lü)增加的随機噪(zào)聲,引起儀表輸(shu)出出現波動現(xian)象。極化電勢是(shi)電感生電動勢(shi)在兩電極極性(xìng)不同,導緻電解(jiě)質在電極表面(miàn)産生極化。雖然(ran)交變勵磁将極(ji)化電勢減弱了(le)幾個數量級,但(dan)不能完全消除(chú)極化電勢幹擾(rǎo)的影響。極化電(dian)勢和液體介質(zhi)性質以及電極(ji)材料性質有關(guan)。
3.8變壓器效應影(ying)響
　　電磁流量計(ji)的兩個電極、輸(shu)入輸出回路和(hé)介質一起構成(chéng)🎯了一個閉合回(hui)路。勵磁線圈相(xiàng)當于變壓器的(de)初級線圈,該閉(bì)合回路🈲相當于(yu)次級線圈。這個(ge)次級線圈不可(kě)能與勵磁🛀🏻磁力(li)線⚽完全平行，總(zong)有一部分交變(bian)的🔱磁力線穿過(guo)該閉合回路平(píng)面💋,形成了所謂(wèi)的“變壓器效應(ying)”。幹擾電動勢e,,根(gen)據楞次定律得(dé):
 
　　可見e1與勵磁電(dian)源頻率有關,而(ér)與流量大小和(he)傳感器口徑無(wu)關。降低勵磁電(dian)源頻率可減小(xiao)這種幹擾。
4結論(lun)
　　在石油開發中(zhōng),測井是一個非(fēi)常重要的環節(jie)，測井儀🔞器是石(shí)油測井使用的(de)專業測量器具(ju),直接影響油井(jing)的測量結果，在(zai)油田後期開發(fā)難度不斷加大(da)情況下,積極應(yīng)用測井新設備(bei)、新技術是提高(gāo)測井成功率的(de)🐅有效途徑,在測(cè)井實際工作中(zhōng)盡量規避☁️電磁(cí)流量的影響因(yīn)素,爲油田後期(qi)高效開發提供(gong)😍的技術支撐⁉️。

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