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閱讀：109發(fā)布時(shí)間：2021-12-22
摘要：油田注入剖面測(cè)試中應(yīng)用的電磁流量計(jì)測(cè)量精度高，有較好的應(yīng)用效果。但由于套管結(jié)垢、腐蝕等因素影響，實(shí)際測(cè)量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，引起測(cè)量結(jié)果誤差，這個(gè)系數(shù)與測(cè)量通道管徑變化的平方成正比。本文涉及的電磁流量計(jì)與井徑一體化儀將井徑測(cè)量引入電磁流量計(jì)剖面測(cè)試中，采用新的井徑測(cè)量原理，儀器尺寸小，可有效校正此誤差。
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)；井徑；一體化；誤差
一、引言
我國(guó)油田大都采用分層注水方式保持油層壓力，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要及時(shí)了解掌握注水井各層的動(dòng)態(tài)注入量，而注入剖面測(cè)試技術(shù)就是一項(xiàng)能夠?yàn)榈刭|(zhì)人員隨時(shí)提供此類(lèi)信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。隨著生產(chǎn)上的要求，新的監(jiān)測(cè)技術(shù)正在不斷的應(yīng)用在注水井注入剖面的測(cè)試中。電磁流量測(cè)試技術(shù)是眾檢測(cè)技術(shù)中的一種，以其測(cè)量精度高、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)多個(gè)油田注入剖面測(cè)試中得到了應(yīng)用，并在注入井注入剖面測(cè)試中取代了傳統(tǒng)的同位素測(cè)試，獲得了較好的應(yīng)用效果。
二、測(cè)量原理
電磁流量計(jì)的基本測(cè)量原理是電磁感應(yīng)原理，當(dāng)導(dǎo)電的注入流體流經(jīng)測(cè)量探頭時(shí)，切割儀器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，在流體中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)測(cè)量這個(gè)由流體切割磁力線的快慢（即流體流動(dòng)速度）產(chǎn)生的變化電壓信號(hào)來(lái)測(cè)量流體流速的大小，進(jìn)而根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)確定出流量[1]。從測(cè)量原理來(lái)看，影響注入流體流速的因素將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，而當(dāng)全井注入量一定時(shí)，影響注入流體流速的主要因素就是測(cè)量通道過(guò)流面積的變化。對(duì)于油田注入剖面測(cè)試中使用的電磁流量計(jì)，在室內(nèi)標(biāo)定中使用的是標(biāo)準(zhǔn)的套管尺寸或油管尺寸，而實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于長(zhǎng)期注水和井下原因引起套管變形、結(jié)垢、腐蝕等情況，使實(shí)際的測(cè)量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，因此，測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差。
三、井徑對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的分析
設(shè)實(shí)際流量為 Q，測(cè)量流量為Q1，標(biāo)定時(shí)測(cè)量通道直徑為D，截面積為S，實(shí)際測(cè)量通道直徑為D1，截面積為S1，流速為V。當(dāng)流量計(jì)測(cè)出流量頻率值后，根據(jù)標(biāo)定圖版可換算為流量，此時(shí)計(jì)算采用的是標(biāo)準(zhǔn)過(guò)流通道內(nèi)徑，則瞬時(shí)測(cè)量流量應(yīng)為： VDQ S V 1 = ´ = ´4p 2(1)當(dāng)過(guò)流通道變化時(shí)，此時(shí)流速為：2121 144DQDQSQVp p= = = (2)因此：21212144 ÷÷øöç çèæ= = ´ =DDQDD QQ SVpp(3)可見(jiàn)，測(cè)量流量與實(shí)際流量有一個(gè)系數(shù)差，這個(gè)系數(shù)與測(cè)量通道管徑變化的平方成正比，是一個(gè)指數(shù)關(guān)系，當(dāng)D 與D1相差不大時(shí)， Q1 與Q 相比誤差不大，而當(dāng)D1 與D 相差較大時(shí)，Q1 就超出了允許的誤差范圍，由上式可見(jiàn)，當(dāng)實(shí)際管道直徑變化量達(dá)5%時(shí)，流量就有超出10%的誤差。而在實(shí)際的電磁流量計(jì)測(cè)量和解釋時(shí)均未考慮到管徑尺寸差異引起的計(jì)量誤差，這會(huì)對(duì)內(nèi)流式和外流式電磁流量測(cè)量方式均產(chǎn)生影響[3]。為了提高測(cè)試精度，消除此項(xiàng)誤差，就必須對(duì)管徑變化的影響進(jìn)行校正。
四、解決管徑變化影響的方法在工程測(cè)井技術(shù)中，井徑儀用來(lái)測(cè)量井下套管的變形情況，確定套管內(nèi)徑，其工作原理就是把套管直徑方向的尺寸變化轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，其轉(zhuǎn)化過(guò)程是通過(guò)一套機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，可將井徑儀引入電磁流量計(jì)剖面測(cè)試中，與電磁流量計(jì)組合，利用測(cè)得的井徑數(shù)據(jù)修正測(cè)量與標(biāo)定通道差異引起的解釋誤差。然而，一般井徑儀的外徑較大，不能通過(guò)油管測(cè)量。為此，設(shè)計(jì)了一種小型井徑儀，同時(shí)可作電磁流量計(jì)的一個(gè)扶正器使用。
1、基本方法
井徑儀選擇基于以下假設(shè)：影響電磁流量測(cè)量誤差的套管或油管的變形是連續(xù)的，因此其變形形狀可用橢圓模擬。這樣，在井徑測(cè)量上采用四臂井徑即可。實(shí)際上，由于只要知道測(cè)量時(shí)通道的面積，而不必知道通道的詳細(xì)形狀就能得到較好的校正效果，因此四臂井徑足夠使用。為了實(shí)現(xiàn)過(guò)油管測(cè)量，縮短儀器長(zhǎng)度，在設(shè)計(jì)上可將電磁流量計(jì)的一個(gè)扶正器設(shè)計(jì)為井徑測(cè)量?jī)x，其四條扶正片作為四個(gè)測(cè)量臂。
2、基本結(jié)構(gòu)
四個(gè)測(cè)量臂分為兩組，每組測(cè)量一個(gè)方向，基本結(jié)構(gòu)如圖1。其中上、下接頭1、8 與儀器外殼相連，上、下滑套3、6 可分別在上下接頭上滑動(dòng)，測(cè)量臂的兩端就分別裝在滑套和接頭上，使之受壓變形后只有一端能動(dòng)。與滑套相連的是上、下測(cè)量桿2、11，二者通過(guò)銷(xiāo)桿7、10 固定在一起。當(dāng)井徑變化引起測(cè)量臂壓縮時(shí)，相應(yīng)的上或下滑套隨之動(dòng)作，帶動(dòng)其上的測(cè)量桿作軸向運(yùn)動(dòng)，井徑的變化就轉(zhuǎn)化為測(cè)量桿的位移了。由檢測(cè)電路檢測(cè)這一位移，就可得到井徑的變化。
3、井徑探頭測(cè)量原理
井徑探頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖2，等效電路圖見(jiàn)圖3[2]。測(cè)量原理是電容法，即將井徑的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓Ｆ渲校瑴y(cè)量桿5（圖1中的零件2 和零件11）與儀器外殼聯(lián)通作為一個(gè)電極，黃銅作的探頭3 外敷一層聚氟乙烯絕緣層4 后作為另一個(gè)電極，二者組成一個(gè)容量變化電容傳感器。如圖 3 所示，測(cè)量探頭實(shí)際上由三部分組成：分布電容Cf 、電極絕緣層電容 Cp、電極棒和測(cè)量桿外殼之間的被測(cè)電容Cz。當(dāng)傳感器幾何尺寸已定，則Cf 和Cp 為固定值，測(cè)量探頭傳感器的容量變化只決定于測(cè)量介質(zhì)和兩個(gè)電極的相對(duì)位置。一般對(duì)于注水井來(lái)說(shuō)，注入流體是一定的，因此，測(cè)量探頭傳感器的容量變化就只決定于兩個(gè)電極的相對(duì)位置變化。當(dāng)測(cè)量桿隨測(cè)量臂發(fā)生位移后，引起電容的容量變化，這個(gè)變化就表征了井徑的改變。測(cè)量電路紀(jì)錄到這個(gè)電容變化后就可以換算為井徑的大小，利用解釋軟件計(jì)算并模擬出測(cè)量段套管或油管內(nèi)徑變化，并用橢圓面積計(jì)算公式A= abπ計(jì)算出當(dāng)前面積（a、b 分別為井徑的兩個(gè)測(cè)量臂測(cè)出的尺寸），為流量解釋提供校正因子。為了能夠在正常注水情況下測(cè)試，井徑儀外徑設(shè)計(jì)為φ38mm，可以通過(guò)油管下入，測(cè)量范圍覆蓋油管和套管內(nèi)徑。
4、相關(guān)計(jì)算
電容中心電極半徑為 r，內(nèi)電極絕緣層厚度為d，絕緣材料介電常數(shù)為ep，傳感器外電極內(nèi)表面半徑為R，電極長(zhǎng)度為h，ez 為注入水介電常數(shù)，根據(jù)同軸柱狀電容器容量計(jì)算公式，可得絕緣層和被測(cè)介質(zhì)的電容Cp、Cz 為[4]：÷øöçèæ +=rrhC pp dpeln2，÷øöçèæ+=dperRhC zzln2(5)傳感器電容 Cx 為:(6)ln ln2÷øöçèæ ++ ÷øöçèæ+= ++= +rrrRhCC CC CC Cp zp zfz pz px fdedepe e取 R＝3mm，r＝2mm，絕緣材料選用聚四氟乙稀(ep＝2.0)、厚度d＝0.2 mm，取水的介電常數(shù)ez=80，則測(cè)量桿每移動(dòng)1mm 井徑探頭產(chǎn)生的電容變化約為1.1pF，電路設(shè)計(jì)具有0.1pF 的分辨率，因此，*可以滿足使用要求。傳感器電容變化量及流量變化量與井徑關(guān)系如圖 4。
五、注意事項(xiàng)(1).為了不對(duì)現(xiàn)有電磁流量計(jì)改動(dòng)，井徑儀設(shè)計(jì)為過(guò)線形式，安裝于電磁流量計(jì)上方。(2).電磁流量計(jì)下部接扶正器，使儀器居中。(3).井徑測(cè)量臂應(yīng)采用高硬度彈簧鋼制成。(4).在實(shí)際測(cè)試中起下儀器的速度應(yīng)控制。
六、結(jié)論
智能電磁流量計(jì)測(cè)量精度高，有較好的應(yīng)用效果。但實(shí)際測(cè)量通道與標(biāo)定環(huán)境有一定差異，引起測(cè)量結(jié)果誤差。將井徑測(cè)量引入智能型電磁流量計(jì)剖面測(cè)試中，可有效校正因測(cè)量通道發(fā)生變化引起的測(cè)量誤差。設(shè)計(jì)的井徑儀采用了新穎的電容法測(cè)量原理，有效地減小了尺寸。受外徑限制，井徑儀設(shè)計(jì)為四臂獨(dú)立，測(cè)量臂采用扶正片形式，由連桿帶動(dòng)測(cè)量臂移動(dòng)，由測(cè)量探頭電容的大小變化得出測(cè)量臂的位移大小，進(jìn)而確定該扶正片對(duì)應(yīng)套管尺寸的變化。井徑與電磁流量計(jì)一體化設(shè)計(jì)，使井徑儀即可測(cè)量通道井徑的變化，又能作為電磁流量計(jì)的扶正器使用，在基本保持儀器長(zhǎng)度的前提下為流量解釋多提供了一個(gè)測(cè)量參數(shù)。
參考文獻(xiàn)：
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