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          電磁流量計測量水平井油水兩相流量實驗研究

          來源:作者:馬水龍、張玉輝、張野、胡來福、李洪斌發表時間:2018-08-17 09:24:28

           摘要:為確定內流式電磁流量計在水平井中測量油水兩相流流量的效果,采用集流的方式在油水兩相流模擬井水平井中進行了流量測量及標定實驗。實驗結果表明,在集流的條件下,高流量、高含水率時,內流式電磁流量計的流量測量結果不受含水率變化的影響,并與清水中的標定結果無明顯差別;流量較低時,用清水中的標定結果計算油水兩相流流量誤差大,可以采取分流的方法減小誤差并拓寬流量測量下限。另外,目前的兩電極電磁流量計在水平井中進行測量時,測量結果不受測量電極所處位置的影響。現場應用結果表明,可以采用集流式電磁流量計進行水平井油水兩相流流量的測量,測量結果準確可靠。

           
          水平井中油水兩相流流量測量時常采用渦輪流量計,其測量誤差為±5%。由于進行水平井測井時測井儀器工作時間較長,測井工藝復雜,測量環境惡劣[1],常常導致渦輪葉片被卡,影響測井成功率。
           
          而重新更換儀器時間長,工作量大,因此,提高水平井測井成功率具有重要的意義。電磁法測量流體流量廣泛應用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中,儀器工作穩定,測量數據重復性好,測量結果準確可靠[2-3]。采用集流方式的電磁流量計在垂直管流中測量油水兩相流流量的方法已進行模擬井實驗研究,并進行了數值仿真研究[4-5]和理論上的測量機理研究[6],也進行了現場應用試驗。模擬井實驗及現場應用試驗表明,電磁法在集流的條件下可以應用于垂直管流中測量高含水率下的油水兩相流流量[7]。在高流量、高含水率的垂直井中進行流量測量時,用集流方式的電磁流量計在清水中的標定結果來計算油水兩相流中的流量,其誤差在±5%以內。現場應用試驗顯示,電磁法測量高含水油井的流量具有重復性好、結果準確可靠的優點,且因無可動部件而避免了砂卡問題的發生,顯著提高了測井成功率,因此進行電磁法測量水平管流油水兩相流流量的實驗研究尤為重要。模擬井實驗研究及水平井現場應用結果表明,可以采用電磁流量計進行油水兩相流流量的測量,測量結果準確可靠,在水平井測井時可作為渦輪流量計測量的補充方法以提高測井成功率。
           
          1實驗樣機及傳感器結構
          實驗樣機采用集流的測量方式和內流式電磁流量傳感器。儀器的結構及工作原理如圖1所示,儀器自上而下為出液口、電磁流量傳感器、傘式集流器。測量工藝為:儀器到達測量點后,撐開集流器,密封儀器與套管之間的環形空間,使得油水兩相混合流體由進液口流入,流經電磁流量傳感器,電磁流量傳感器隨流量不同有相應的頻率輸出,油水混合流體經電磁流量傳感器檢測后由出液口流出,完成流量測量。
          儀器結構及測量工藝示意圖
          傳感器由2個發射磁極和2個測量(接收)電極構成(圖2),由內向外分別為絕緣內襯、金屬內壁、液壓油、金屬外壁。2個測量接收電極與2個發射磁極在圓周上相互垂直均勻分布,接收電極鑲嵌在絕緣內襯壁上,直接接觸測量流體。磁極由磁芯和線圈兩部分組成,即在每個磁極磁芯的外側均包裹一層線圈,用來產生交變磁場,當導電流體從流道內流過時將切割磁力線產生感應電動勢。
          傳感器結構剖面
          2模擬井實驗及結果
          為明確集流條件下電磁流量計在水平管流油水兩相流中的響應規律,在模擬井進行了實驗研究,實驗所用集流器為布傘集流器,流量點為0、5、10、……、300m3/d,各流量下含水率調節為50%~100%,含水率間隔10%。同時進行了測量流體分流實驗和傳感器測量電極處于不同位置的測量實驗。
           
          2.1水平條件下的室內模擬井實驗及結果
           
          圖3為1#儀器(測量上限300m3/d)在實驗室水平井筒中的實驗結果,圖4為該儀器在油水兩相流中測量流量的相對誤差(相對誤差即為標準流量與測量流量之差與標準流量的百分比)分布情況。相對誤差越小,儀器測量準確度越高[8]。從圖3可以看出,在流量相同的情況下,當含水率高于70%時,儀器響應頻率基本一致,表明在該實驗條件下,當流量高于20m3/d、含水率高于70%時,傘集流電磁流量計在水平井筒中油水兩相情況下標定結果與含水率無關,并與清水中標定結果基本一致。從圖4可以看出,當含水率高于80%、流量大于150m3/d時,測量相對誤差在±5%以內。當含水率高于60%、流量大于40m3/d時,測量相對誤差在±10%以內。分析圖3、圖4表明,集流條件下,可以考慮使用電磁流量計進行水平井中油水兩相流流量的測量。當流量低于40m3/d時,流量測量誤差大,超過±10%。為滿足水平井的測試需要,必須采取措施減小集流式電磁流量計的測量誤差。
          1 # 儀器水平井筒中標定結果
          2.3測量電極處于位置不同的實驗及結果
          集流型電磁流量計采用2個測量電極的結構,2個測量電極與2個發射磁極在圓周上相互垂直均勻分布。實際測井時,測量電極和磁極的位置在周向上是隨機且無法控制的。水平井中油水兩相流動形態復雜[11],分別將測量電極在水平管流中以縱向排列和水平排列位置進行設置,來確定測量電極在水平管流中所處位置對測量結果的影響(圖6)。
          測量電極處于不同位置對測量結果的影響
          從圖6可以看出,在相同流量及含水率下,測量電極縱向排列(c)設置與水平(s)設置測量得到的數據點基本重合,表明電磁流量計測量結果不受測量電極在水平管流中所處位置的影響。
           
          4結論
          (1)在集流的條件下,采用內流式電磁流量計在水平井油水兩相流中測量,當流量高于20m3/d、含水率高于70%時,三暢電磁流量計儀器響應不受含水率變化影響,并與清水中儀器響應基本無差別。另外,電磁流量計測量結果不受測量電極在水平管流中所處位置的影響。
          (2)對于測量上限為300m3/d的儀器,在含水率高于80%的情況下,測量誤差在±5%以內時,分流后流量測量下限由原來的150m3/d降低到40m3/d;在流量大于40m3/d時,測量相對誤差由原來的±10%提高到±5%。采取分流流量的方法可以改善測量效果并拓寬流量測量下限。
          (3)現場應用結果表明,可以應用集流式電磁流量計進行水平井油水兩相流流量測量,為油田挖潛改造提供可靠數據。
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