摘要:爲解(jie)決分層注聚合(he)物井測調用電(dian)磁流量計 ,在現(xian)場應用時存在(zai)的測量流量比(bǐ)實際注入流量(liang)偏小10%以上的問(wèn)題,對電磁流量(liang)計開展了以自(zi)來水和聚合物(wù)溶液爲流動介(jiè)質的标定。分析(xi)對比了電磁流(liu)量計在自來水(shuǐ)中、不同濃度和(hé)黏度聚合物溶(rong)液中響應規律(lǜ),指出流态的改(gǎi)變會導緻電磁(cí)流量計響應的(de)儀器常數改變(bian)。科學合理地解(jie)釋了電磁流量(liàng)計在分層注聚(jù)合物井中測調(diào)流量時測量偏(pian)差大的原因;進(jìn)一步提出了利(li)用電磁流量計(ji)在自來水中層(céng)流流态的測量(liang)數據獲得的标(biao)定方程來計算(suàn)分層注聚合物(wu)井測量流量的(de)标定新方法,該(gāi)标定方法标定(dìng)效率提高30倍以(yi)上。
　　自1954年首次提(tí)出電磁流量計(jì)的測量理論開(kai)始,中外衆多研(yan)究者圍繞磁場(chǎng)構建、電極尺寸(cun)和電極數目、電(diàn)極材質等方面(mian)開展了大量的(de)研究工作研制(zhi)成功了應用于(yu)不同測量環境(jing)的電磁流量計(ji)電磁流量計因(yīn)爲具有無可動(dong)部件、無阻流部(bu)件、無壓力損失(shī)、可靠性高、量程(cheng)比寬等突出優(you)點,在工業計量(liang)和貿易交接中(zhōng)獲得了廣泛的(de)應用。應用在分(fèn)層注水井流量(liàng)測量的存儲式(shi)電磁流量計，并(bing)應用于中國各(gè)油田分層注水(shuǐ)井流量測調。對(dui)于已經進入高(gāo)含水和特高含(han)水開發期的老(lao)油田，爲進一步(bu)提高原油采收(shōu)率,大量注水井(jǐng)逐漸由注水開(kāi)發轉變爲注聚(ju)合物開發,該類(lei)型電磁流量分(fèn)層注水井測調(diao)儀器同樣也被(bei)現場用于在分(fen)層注聚合物井(jǐng)中測調流量,但(dan)是在分層注聚(jù)合物井流量測(ce)調現場應用中(zhong)存在下述問題(tí):分層注聚合物(wù)井流量測調用(yòng)電磁流量計的(de)标定方法仍然(rán)采用分層注水(shui)井流量測調用(yong)電磁流量計的(de)标定方法,即采(cai)用自來水爲流(liú)動介質進行标(biao)定獲得标定方(fāng)程求得儀器常(chang)數;電磁流量計(jì)在分層注聚合(he)物井中測量的(de)流動介質爲不(bu)同濃度和黏度(dù)的聚合物溶液(yè),對近百口分層(ceng)注聚合物井全(quan)井總注入流量(liang)測量的統計數(shu)據表明,使用自(zì)來水中獲得的(de)标定方程對分(fèn)層注聚合物井(jǐng)進行流量測量(liang)計算時,存在測(ce)量流量比實際(jì)流量偏小10%以上(shàng)的現象。
　　爲對該(gāi)現象進行合理(lǐ)的解釋,并減小(xiao)流量測量誤差(cha),對外流式四電(diàn)極電磁流量計(ji)開展了大量分(fèn)析，并提出了一(yī)種流量校正方(fang)法;開展了外流(liú)式四電極電磁(ci)流量計磁場分(fèn)布特性數值模(mó)拟，從理論上定(dìng)性解釋了電磁(ci)流量法在水和(he)聚合物中都對(dui)流量具有線性(xing)響應規律但儀(yi)表常數不同。外(wài)流式四電極電(dian)磁流量計由于(yú)磁場分布不均(jun)勻,流量計響應(yīng)特性會受到流(liú)速剖面分布的(de)影響(也就是流(liu)型的影響),不能(néng)使用流量計在(zài)自來水中的标(biāo)定方程來計算(suàn)分層注聚合物(wù)井中的流體流(liu)量,正确的做法(fǎ)應該是使用流(liu)量計在聚合物(wu)溶液中的标定(ding)方程來計算注(zhù)聚井的流體流(liu)量。但是,油田分(fèn)層注聚合物井(jǐng)數量接近30000口,該(gāi)類型電磁流量(liang)計的使用數量(liàng)超過1000支,并且每(mei)3個月需要标定(ding)一次。如果使用(yòng)流量計在聚合(he)物溶液中的标(biāo)定方程來計算(suàn)注聚井的流體(tǐ)流量的方法,油(you)田油氣水三相(xiang)流測井實驗室(shi),難以完成數量(liang)龐大的流量計(ji)标定任務,難以(yǐ)滿足生産應用(yòng)的實際需求。
　　分(fèn)層注聚合物井(jing)測調用電磁流(liú)量計,在現場應(ying)用時存在的測(cè)量流量比實際(jì)注人流量偏小(xiao)10%的問題,現對電(diàn)磁流量計在自(zì)來水和聚合物(wu)溶液中開展流(liú)動實驗,通過數(shu)據分析,對流量(liàng)測量偏差進行(hang)科學解釋;進一(yī)步研究提出一(yī)種分層注聚合(he)物井測調用電(diàn)磁流量計簡單(dan)有效的标定新(xin)方法,滿足現場(chang)應用的實際需(xū)求。
1電磁流量計(ji)-油管環形流動(dong)空間雷諾數計(ji)算
　　單相流體流(liu)動的特征分爲(wèi)層流和紊流兩(liang)種流态，可以通(tōng)過計算雷諾數(shu)Re來判斷流體是(shi)處于層流流态(tai)(Re<2000)或是紊流流态(tai)(Re>4000)。2000<Re<4000時,流體流動屬(shu)于過渡流态，過(guò)渡流态表現層(ceng)流特征還是紊(wen)流特征取決于(yú)流體流線的擾(rao)動情況和管壁(bi)的粗糙度。。對于(yu)電磁流量計和(he)油管所構成的(de)環形流動空間(jian),雷諾數的計算(suan)公式爲
 
　　式(1)中:dci爲(wei)流量計的外半(bàn)徑,m;`ʋ爲流體平均(jun1)速度,m/s;ρ爲流體密(mì)度,kg/m3;μ爲流體的黏(nián)度，mPa.s;F.爲流量計外(wai)半徑與油管内(nèi)半徑的比。
　　計算(suàn)參數如下:油管(guǎn)内徑爲62mm,電磁流(liu)量計儀器外徑(jing)爲38mm,自來水的運(yun)動黏度爲1.6mPa.s,濃度(dù)爲1000mg/L聚合物溶液(ye)的運動黏度爲(wèi)42.0mPa.s,濃度爲1500mg/L聚合物(wu)溶液的運動黏(nián)度爲83.0mPa.s,濃度爲2000mg/L聚(ju)合物溶液的運(yùn)動黏度爲140.0mPa.s，自來(lái)水的密度爲1000kg/m3,聚(ju)合物溶液的密(mì)度爲1000kg/m3。
 
　　如表1所示(shi)爲由雷諾數的(de)計算公式(1)反演(yan)計算得到的環(huan)形流動空間中(zhōng)不同流動介質(zhì)條件下雷諾數(shù)-流量對應關系(xì)。統計數據表明(míng)大慶油田98%的注(zhu)水井和注聚井(jǐng),總注人量都小(xiǎo)于200m3/d,根據表1的計(jì)算結果可知在(zài)注水井中對電(diàn)磁流量計和油(you)管所形成的環(huán)形流動空間中(zhong)，當注水量小于(yú)21.8m3/d時流态爲層流(liú),當注水量大于(yú)43.7m3/d時流态爲紊流(liu),在注聚井中對(dui)電磁流量計和(hé)油管所形，成的(de)環形流動空間(jian)中隻有層流流(liú)态
2電磁流量計(ji)在不同流動介(jie)質中的響應規(gui)律分析
2.1實驗設(she)計
　　在油田測試(shi)油氣水三相流(liú)測井，,對7支電磁(ci)流量計在注人(ren)井模拟管路上(shang)開展了不同流(liu)量條件下自來(lai)水和3種濃度聚(jù)合物溶液中的(de)流動實驗。圖1爲(wèi)實驗裝置照片(pian),關于實驗裝置(zhi)和實驗流程的(de)詳細介紹可見(jian)。由于文章篇幅(fú)限制,在本文中(zhōng)詳細介紹其中(zhōng)2支電磁流量計(ji)的實驗情況。實(shí)驗介質分别爲(wèi)自來水、濃度爲(wei)1000mg/L聚合物溶液、濃(nóng)度爲1500mg/L聚合物溶(róng)液、濃度爲2000mg/L聚合(hé)物溶液,化驗的(de)運動黏度分别(bié)爲1.6.42.0.83.0、140.0mPa.s。
 
　　總共設定16個(gè)标準流量工況(kuang):0、3、5、10、15、20、30、40、50、60、70、8090、100、150、200m'/d。開展實驗時從(cóng)最大标準流量(liàng)點開始進行遞(di)減調節,當流量(liang)大于50m³/d,每個設定(dìng)流量點穩定5min後(hou)電磁流量計開(kai)始啓動測量;當(dāng)流量小于50m³/d,每個(ge)設定流量點穩(wěn)定15min後電磁流量(liàng)計開始啓動測(ce)量;對于每個設(shè)定标準流量,電(dian)磁流量計測量(liàng)時間設定爲5min,每(měi)秒采集2個測量(liàng)數據,每個流量(liang)點共采集600個測(ce)量數據,采用與(yu)中相同的數據(ju)處理方法。
2.2電磁(cí)流量計在自來(lai)水中響應規律(lü)分析
　　根據表1中(zhong)計算數據,對電(diàn)磁流量計和油(you)管構成的環形(xíng)流動空間中，将(jiāng)标準流量小于(yú)45m³/d的測量數據劃(huà)分爲層流流态(tai)的測量數據,将(jiāng)标準流量大于(yú)45m³/d的測量數據劃(huà)分爲紊流流态(tai)的标定數據。
　　圖(tu)2所示爲1#電磁流(liu)量計在不同流(liú)量範圍自來水(shui)中的測量數據(ju)及線性拟合曲(qǔ)線,将流量爲0~200m³/d、0~40m³/d、45~200m³/d時(shí)的儀器常數(線(xian)性拟合曲線的(de)斜率)分别記爲(wèi)K1.3=19.53、K1.1=17.654、K1.2=19.807。分别對K1.3、K1.1、K1.2進行對(duì)比計算,得
 
　　式(2)的(de)計算數據表明(ming)紊流流态中1#電(dian)磁流量計的儀(yi)器常數K,2要比層(céng)流流态中1#電磁(ci)流量計的儀器(qi)常數K1.1偏大12.13%。式(3)的(de)計算數據表明(míng)包括層流和紊(wen)流兩種流态的(de)1#電磁流量計的(de)儀器常數K1.3要比(bi)層流流态中1#電(dian)磁流量計的儀(yi)器常數K.偏大10.63%。，式(shì)(4)的計算數據表(biǎo)明紊流流态中(zhōng)1#電磁流量計的(de)儀器常數K1.3要比(bi)包括層流和紊(wen)流兩種流态的(de)1#電磁流量計的(de)儀器常數K,偏大(da)1.42%。
 
　　圖3所示爲2#電磁(cí)流量計在不同(tong)流量0~200m³/d範圍自來(lai)水中的測量數(shu)據及線性拟合(hé)曲線,将流量0~200m³/d、0~40m³/d、45~200m³/d時(shí)儀器常數(線性(xing)拟合曲線的斜(xié)率)分别記爲K2.3:=19.94K2.1=17.818、K2.2=20.3。分(fèn)别對K2.3、K,2.1、K2.2進行對比(bǐ)計算,得
 
 
　　式(5)的計(ji)算數據表明紊(wěn)流流态中2#電磁(cí)流量計的儀器(qi)常數K2.2要比層流(liú)流态中2#電磁流(liú)量計的儀器常(cháng)數K2.1偏大13.93%。式(6)的計(jì)算數據表明包(bāo)括層流和紊流(liú)兩種流态的2#電(diàn)磁流量計的儀(yi)器常數K2.3要比層(ceng)流流态中2#電磁(cí)流量計的儀器(qì)常數K2.1偏大11.91%。式(7)的(de)計算數據表明(míng)紊流流态中2#電(dian)磁流量計的儀(yí)器常數K2.2要比包(bāo)括層流和紊流(liu)兩種流态的2#電(dian)磁流量計的儀(yi)器常數K2.3偏大1.81%。
　　以(yi)上分析表明,對(dui)2支電磁流量計(ji)在自來水中得(de)到的層流流态(tài)條件下的儀器(qì)常數,與包括層(ceng)流和紊流兩種(zhong)流态條件下的(de)儀器常數之間(jian)的偏差都超過(guo)10%;與紊流流态條(tiao)件下的儀器常(cháng)數之間的偏差(chà)也同樣都超過(guo)10%。基于上述實驗(yan)規律,判斷流态(tài)會影響電磁流(liú)量計的儀器常(chang)數;進一步對電(diàn)磁流量計在聚(ju)合物溶液中與(yǔ)自來水中響應(yīng)規律開展對比(bǐ)分析。
2.3電磁流量(liàng)計在聚合物溶(róng)液中與自來水(shuǐ)中響應規律對(duì)比分析
　　圖4爲1#電(diàn)磁流量計在0~200m³/d流(liu)量範圍,濃度分(fèn)别爲1000、1500、2000mg/L聚合物溶(rong).液中的測量數(shu)據及線性拟合(hé)結果,将1#電磁流(liú)量計在3種聚合(he)物溶液中得到(dao)的儀器常數(線(xian)性拟合曲線的(de)斜率)分别記爲(wèi)K4=17.224、K5=17.219、K6=17.222。
 
　　對1#電磁流量計(ji)在聚合物溶液(ye)中得到的儀器(qì)常數,與電磁流(liú)量計在自來水(shui)中得到的儀器(qi)常數進行對比(bǐ)分析。首先計算(suàn)分析1#電磁流量(liàng)計在3種不同黏(nian)度/濃度的聚合(hé)物溶液中得到(dao)的儀器常數K4、K5、K6,3個(gè)儀器常數相互(hù)之間差别很小(xiao)，因此判斷1#電磁(cí)流量計響應規(gui)律受聚合物溶(róng);液濃度和黏度(du)的影響很小，可(kě)以忽略不計。然(ran)後分别對1#電磁(ci)流量計在3種不(bú)同黏度/濃度的(de)聚合物溶液中(zhōng)得到的儀器常(chang)數K4、K5、K6與1#電磁流量(liang)計在自來水中(zhōng)得到的包括層(ceng)流和紊流兩種(zhǒng)流态的儀器常(chang)數K1.3,進行對比計(ji)算、與1#電磁流量(liang)計在自來水中(zhong)得到的層流流(liu)态的儀器常數(shu)K1.1進行對比計算(suàn)得
 
　　計算結果表(biao)明:1#電磁流量計(ji)在聚合物溶液(yè)中得到的儀器(qi)常數K4、K5、K6,與1#電磁流(liú)量計在自來水(shui)中得到的包括(kuo)層流和紊流兩(liang)種流态的儀器(qì)常數K1.3,的最大偏(piān)差爲13.42%,與1#電磁流(liú)量計在自來水(shuǐ)中得到的層流(liú)流态的儀器常(cháng)數K1.1的最大偏差(chà)爲2.53%。
　　圖5爲2#電磁流(liu)量計在0~200m³/d流量範(fàn)圍,濃度分别爲(wei)1000、1500、2000mg/L聚合物溶液中(zhong)的測量數據及(jí)線性拟合結果(guo),将2#電磁流量計(jì)在3種聚合物溶(rong)液中得到的儀(yí)器常數(線性拟(nǐ)合曲線的斜率(lü))分别記爲K,=17.633、K8=17.625、K9=17.608。
 
　　對2#電(dian)磁流量計在聚(ju)合物溶液中得(de)到的儀器常數(shù),與電磁流量計(jì)在自來水中得(de)到的儀器常數(shù)進行對比分析(xi)。首先計算分析(xi)2#電磁流量計在(zai)3種不同黏度/濃(nong)度的聚合物溶(róng)液中得到的儀(yi)器常數K7、K8、K9,3個儀器(qi)常數相互之間(jian)差别很小，因此(ci)判斷2#電磁流量(liang)計響應規律受(shou)聚合物溶液濃(nóng)度和黏度的影(yǐng)響很小，可以忽(hū)略不計。然後分(fèn)别對2#電磁流量(liang)計在3種不同黏(nián)度/濃度的聚合(he)物溶液中得到(dào)的儀器常數K7、K8、K9與(yu)2#電磁流量計在(zai)自來水中得到(dao)的包括層流和(he)紊流兩種流态(tai)的儀器常數K2.3進(jìn)行對比計算、與(yu)2#電磁流量計在(zài)自來水中得到(dào)的層流流态的(de)儀器常數K2.1進行(háng)對比計算,得
 
　　計(jì)算結果表明:2#電(dian)磁流量計在聚(jù)合物溶液中得(de)到的儀器常數(shù)K7、K8、K9,與2#電磁流量計(ji)在自來水中得(dé)到的包括層流(liú)和紊流兩種流(liu)态的儀器常數(shù)K,,的最大偏差爲(wèi)13.24%，與2#電磁流量計(ji)在自來水中得(dé)到的層流流态(tài)的儀器常數K2.1的(de)最大偏差爲1.19%。
　　對(dui)電磁流量計在(zai)分層注聚合物(wu)井中測調時流(liu)量測量偏差大(dà)的原因進行說(shuō)明:分層注聚合(he)物井測調用電(dian)磁流量計是采(cǎi)用自來水爲流(liú)動介質進行标(biāo)定,假設獲得其(qí)儀器常數爲K(包(bāo)括層流和紊流(liú)兩種流态);在注(zhù)聚井中電磁流(liu)量計和油管所(suo)形成的環形流(liu)動空間中隻有(yǒu)層流流态,假設(shè)電磁流量計在(zài)該流态下的儀(yí)器常數爲K',在注(zhu)聚井中測量流(liu)量時是采用儀(yi)器常數K來計算(suan)注聚合物溶液(yè)在層流流态條(tiao)件下的流量Q，并(bìng)不是采用K'來計(jì)算注聚合物溶(róng)液在層流流态(tài)條件下的真實(shi)流量Q',根據上述(shu)對電磁流量計(jì)在自來水中響(xiǎng)應規律分析、在(zai)聚合物溶液中(zhong)與自來水中響(xiǎng)應規律對比分(fen)析可知,由于儀(yí)器常數K和儀器(qì)常數K'偏差10%以上(shàng),導緻計算流量(liang)Q和真實流量Q'偏(pian)差-10%以上。
3注聚井(jǐng)測調用電磁流(liú)量計的标定方(fāng)法及現場應用(yòng)效果
　　在對電磁(ci)流量計在自來(lai)水中響應規律(lü)分析、在聚合物(wu)溶液中與自來(lai)水中響應規律(lǜ)對比分析的基(jī)礎之上，提出把(ba)油管中标定介(jiè)質爲自來水,并(bing)且流量小于45m³/d的(de)測量數據劃分(fen)爲層流流态的(de)測量數據,利用(yòng)電磁流量計在(zai)自來水中層流(liú)流态的測量數(shù)據獲得的方程(chéng)來計算分層注(zhu)聚合物井流量(liàng)的方法。該方法(fǎ)的優點是無需(xū)對電磁流量計(ji)在聚合物溶液(yè)中進行,隻需利(lì)用自來水爲流(liu)動介質對電磁(ci)流量計進行标(biāo)定;不僅可以在(zài)油田測試油氣(qì)水三相流測井(jing)進行标定,也可(kě)以在各監測大(da)隊以自來水爲(wei)流動介質.的簡(jiǎn)易标定裝置上(shang)對電磁流量計(jì)進行标定,該标(biao)定方法簡單快(kuài)速,标定速度提(ti)高30倍以上,可以(yi)完成1000支以上的(de)電磁流量計标(biao)定任務,可以滿(man)足需求。
 
　　圖6分别(bié)爲對1#電磁流量(liàng)計和2#電磁流量(liang)計利用在清水(shuǐ)中層流流态的(de)測量數據獲得(dé)的标定方程計(jì)算濃度爲1500mg/L聚合(he)物溶液流量的(de)相對誤差分布(bu)圖,1#電磁流量計(jì)和2#電磁流量計(jì)最大相對誤差(cha)的絕對值分别(bié)爲4.90%和4.25%,符合流量(liàng)測量誤差要求(qiu),證實本文提出(chu)的電磁流量計(jì)新方法有效、可(ke)行。最後,對2支電(dian)磁流量計,通過(guo)開展分層注聚(jù)合物井的現場(chang)測調試驗,對所(suo)提出的分層注(zhu)聚合物井的電(diàn)磁流量計新方(fāng)法進行驗證,以(yǐ)評價現場實際(jì)應用效果。表2所(suo)示爲對2支電磁(ci)流量計完成的(de)現場試驗情況(kuàng)統計表,總共完(wán)成分層注聚合(he)物井現場試驗(yan)176口,全井注人流(liu)量小于50m³/d的分層(céng)注聚合物井共(gong)45口,其中測量誤(wu)差小于5%的井占(zhan)比95.6%;全井注人流(liú)量在50~100m³/d的分層注(zhu)聚合物井共試(shì)驗73口其中測量(liàng)誤差小于5%的井(jing)占比95.9%;全井注人(rén)流量在100~200m³/d的分層(céng)注聚合物井共(gòng)試驗58口,其中測(ce)量誤差小于5%的(de)井占比96.6%;現場試(shi)驗證明所提出(chū)的分層注聚合(hé)物井的電磁流(liú)量計方法應用(yòng)效果良好。
 
4結論(lùn)
(1)電磁流量計在(zai)自來水中響應(ying)規律分析表明(míng),流态不同時會(hui)導緻對電磁流(liú)量計标定獲得(dé)的儀器常數不(bu)同;電磁流量計(jì)在聚合物溶液(yè)中響應規律分(fèn)析表明,電磁流(liu)量計響應規律(lǜ)受聚合物溶液(yè)濃度和黏度的(de)影響很小，可以(yi)忽略不計;電磁(cí)流量計在聚合(he)物溶液中與自(zì)來水中響應規(guī)律對比分析進(jin)一步表明，在不(bú)同介質中時，流(liú)态的改變會導(dǎo)緻電磁流量計(ji)的儀器常數改(gǎi)變。
(2)合理的解釋(shì)了電磁流量計(ji)在分層注聚合(hé)物井中測調流(liu)量時測量偏差(chà)大的原因;進一(yī)步提出了利用(yòng)電磁流量計在(zài)自來水中層流(liu)流态的測量數(shu)據獲得的标定(dìng)方程來計算分(fen)層注聚合物井(jǐng)測量流量的新(xīn)方法;室内實驗(yàn)誤差分析表明(míng)該标定新方法(fǎ)最大誤差的絕(jue)對值小于5%;現場(chang)試驗誤差統計(ji)分析表明,測量(liàng)誤差小于5%的分(fen)層注聚合物井(jing)占比95%以上;室内(nei)實驗誤差分析(xi)和現場試驗誤(wù)差統計分析表(biao)明:本文提出的(de)分層注聚合物(wù)井流量測調用(yòng)電磁流量計的(de)标定新方法有(you)效、可行,該标定(ding)方法标定效率(lü)提高30倍以上,節(jie)約标定成本,很(hen)好地滿足了實(shi)際需求。

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