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電磁流量計

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智能配注井井下監測電磁流量計的設計及應用

來源:作者:發表時間:2021-12-22 08:53:24

摘要:針對目前油田分層配注井注入量的監測需求,研制一種基于電磁感應原理的電磁流量計,該流量計可長期置于油田智能配注井,進行注入量測量。介紹儀器工作原理、結構設計及儀器技術指標。室內實驗表明,智能配注井井下電磁流量計在清水中標定具有很好的線性響應,儀器輸出穩定,重復性好,測量結果準確?,F場試驗表明,應用電磁流量計進行智能配注井配注量監測,測試精度高,測量結果準確可靠,可真實反應井下注入情況,可以長期置于井下進行流量監測,能夠滿足測試需求。

 
引言
  當油田開發進入中后期,分層注水驅油成為重要的開采手段。針對不同井況,采用分層開采技術,根據需要對多個油層同時注水,對不同的油層進行定量的配注。在現有的采油技術中,偏心注水是目前油田采用的最主要方法,雖然偏心注水工藝可以解決多級分層注水的問題,但傳統的測調工藝方法工作量大、效率低,已經嚴重制約了注水技術的發展。智能配注是利用機電一體化技術,將流量監測、通信及自動控制系統置于井下智能配水器中,可對層段注入量、累積注入量實時監控,將注入量測試和調整結合起來,實現井下各層流量測試和自動調配[1-2]。井下各層流量的精確測量是實現科學調配的關鍵。
 
  近年來電子流量計的推廣使用,使注水井的分層測試效率、測試資料的準確性等都有很大提高。相對于其他的電子流量計,電磁流量計結構簡單、無
機械活動部件、無節流部件、測量范圍寬、測量結果準確度高[3-4]。在油田生產中,電磁流量計被廣泛應用于注水井、注聚井的注入剖面測井,目前,電磁流量計也被用于油水兩相流產出剖面測井,儀器工作穩定,測量數據重復性好、測量結果準確可靠[5]。因此,研制應用于油田智能配注井流量測試的電磁流量計尤為重要,可為智能調配提供可靠的流量數據。本文研制了一種可長期放置于智能配注井中的電磁流量計,該流量計能進行注入量測量,對其工作性能進行室內檢測并進行水域中的標定。室內檢測及現場應用試驗表明,所研制的智能配注井電磁流量計具有良好的穩定性、重復性,線性響應好,可以長期置于井下定時的監測注水情況。
 
1儀器結構設計及測調工藝
1.1總體方案設計及測調工藝
  在油田井下流體流量測量中,由于井下注入流體復雜,管壁結垢現象嚴重,外流式電磁流量計受井壁變徑影響,因此,儀器設計為內流式的電磁流量計結構[6],整體結構示意圖見圖1。將儀器與電纜相連接,電纜與井下管柱固定,儀器坐入配水器中,整體跟隨管柱下入井下指定位置,通過配水器閥門開度調節注入量大小。對注水井進行測調時,給儀器供電,注水井中流體通過進液口流入儀器測量通道內,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,流體經電磁流量傳感器檢測后,通過配水器水嘴流入地層。電磁流量計的測量信號經由測量電路處理,再通過電纜傳入地面采集系統中,經地面采集軟件處理可以直接讀出流量測量結果。
內流式電磁流量計結構設計圖
  儀器進液口采用防護網設計,目的是防止井下雜物進入測量通道,可以避免大塊雜物堵塞調節水嘴,同時消除雜物對感應電極的磨損,保證測量結果的準確性??紤]儀器需要長期放置于井下,為適應井下惡劣的條件,儀器外殼及感應電極等部件選用耐腐蝕材質,以提高井下儀器長期工作的穩定性,保
證測量精度。
 
1.2測量傳感器結構設計
  通過建立仿真模型,利用測量區域的樣本平均值、樣本標準差、變異系數、磁場均勻長度和均勻區域等相關概念對電磁流量計內部磁場分布情況進行分析,對傳感器的結構參數與內部磁場的關系進行研究,確定傳感器的優化設計結構[7-8]。傳感器結構示意圖見圖2,傳感器采用雙發射磁極與雙測量電極的結構。測量電極與發射磁極兩兩相對均勻分布在管道圓周上,測量電極與儀器外殼相絕緣,與流體直接接觸,磁極的勵磁線圈內部包裹鐵芯,用來產生交變磁場,導電流體從傳感器測量通道內流過時切割磁力線并產生感應電動勢[9]。
傳感器結構示意圖
1.3流道內徑優化設計
  電磁流量計測量范圍大,對于地面用電磁流量計(相同直徑的傳感器),滿量程流速為0.3~15.0m/s,推薦的最佳測量速度為1~5m/s。計算不同管徑電磁流量計測量的流量范圍,根據計算結果選定合適的電磁流量計設計管徑,電磁流量計管徑、流速與流量關系計算結果見表1。由表1可見,為滿足1~100m3/d流量測量范圍要求,較佳的電磁流量計流道管徑應該選擇為10mm。為擴大流量測量范圍,此次流道內徑設計為12mm。根據流量的測量范圍優化電磁流量傳感器的結構,保證傳感器的穩流長度。
電磁流量計管徑、流速與流量關系
1.4主要技術指標與性能特點
  電磁流量計的主要技術指標:外徑28mm,長度650mm,耐溫80℃,耐壓35MPa,流量測量范圍為0.5~120.0m3/d、精度為±3%。
 
  電磁流量計的主要性能特點:①采用內流式結構設計,不受井壁結垢及變徑影響,測試結果更準確可靠;②電磁流量計電極采用防腐設計,可以提高井下儀器長期工作的穩定性,保證測量精度;③進液口采用防護網設計,防止異物進入測量通道對測量結果的影響,提高測量可靠性;④充分考慮測量電極前后的穩流段長度,避免流體流態對測量結果造成影響。
 
2室內檢測及標定結果
2.1測量穩定性檢測
  為了檢測儀器工作性能,在現場應用前對儀器進行水域的標定及檢測。將經過耐壓檢測后的儀器傳感器全部浸入水中,通過室內給儀器供電,間隔10min記錄儀器輸出頻率。儀器工作穩定性檢測結果見表2,儀器在水中輸出頻率穩定,工作狀態良好。
儀器工作穩定性檢測結果
2.2儀器在室內水域中標定結果
  將儀器連接封隔裝置放入標定井筒中,封隔裝置密封儀器外壁與井筒內壁形成的環形空間,保證流體完全進入測量通道。給儀器供電進行流量調節,流量調節為0.5、1.0、3.0、5.0、8.0、10.0、20.0、40.0、60.0、70.0、80.0、100.0、120.0m3/d,記錄每一流量點時的儀器輸出頻率,記錄時間為2min。計算每一流量點時的儀器輸出頻率平均值,將數據進行線性擬合,得到儀器的標定檢測結果圖見圖3,儀器的檢測數據結果(見表3)。由圖3可見,隨著流量的增大,儀器輸出頻率線性增加,線性相關系數為0.999979,顯示出儀器具有良好的線性響應。由表3可見,在0.5~120.0m3/d流量范圍內,儀器測量誤差在±1%之內。
儀器標定結果圖檢測數據結果
2.3儀器在室內水域重復性檢測
  記錄每一流量點時的儀器輸出頻率,在水中進行3次測量,儀器測量重復性結果見圖4。由圖4可見,3次測量結果基本重復。計算重復性誤差,對同一流量點的3次測量儀器輸出頻率取平均值,以各流量點的平均輸出頻率值為橫坐標,以流量為縱坐標進行線性擬合,得到線性擬合結果,將每一次各流量點的輸出頻率代入擬合公式中進行測量流量的計算,將測量的流量與標準流量對比,計算滿量程誤差,得到誤差分布(見圖5)。最大重復性誤差為0.65%,顯示清水中3次測量結果具有良好的重復性。
儀器測量重復性結果重復性測量誤差分布
3、現場試驗應用
  將儀器置入配水器中跟隨管柱下入井下指定位置。注水井測調時,根據電磁流量計給出的實時測量結果調節注水井各層段的配注量。在大慶油田進
行了現場測調試驗,表4、表5分別為高XX-YY井、高AA-BB井7個層段的測調試驗結果。表4中,高XX-YY井單層測調流量相對誤差最大為5.25%,全井流量相對誤差為4.13%;表5中,高AA-BB井單層測調流量相對誤差最大為6.70%,全井流量相對誤差為2.50%。2口井單層測調誤差和合層誤差均滿足測調要求。
高 XX-YY井測調結果高 AA-BB井測調結果
 
  儀器于2017年6月隨井下工具下井進行注入量調配測量,2018年5月22日從井下提出儀器,儀器在井下歷經近1年時間,工作狀態穩定,測量數據可靠,表明智能注入井電磁流量計可以長期放置于井下配水器中,對注水情況進行實時監測。流量測量結果可以真實反應井下流量情況,準確度高,可以配合注入井測調實現智能配注。
 
4結論
 ?。ǎ保嶒灡砻?,智能配注井井下電磁流量計在清水中具有很好的線性響應,儀器輸出穩定、重復性好,測量結果準確,滿量程誤差在±1%之內。
 ?。ǎ玻秒姶帕髁坑嬤M行智能配注井配注量監測,可以真實反應井下情況,測量結果準確且測試精度高,可以滿足測試需求。
 ?。ǎ常┈F場試驗中,電磁流量計在井下穩定工作時間1年左右,初步達到設計要求。需要繼續進行現場試驗,進一步驗證電磁流量計在井下穩定工作的時間,研究井下環境對電磁流量計的影響。
 

作者:張玉輝1,潘嘯天2,張野3,劉艷玲1,李軍1,郭振雷1 

1.大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司,黑龍江 大慶 163453;2.大慶油田有限責任公司試油試采分公司,黑龍江 大慶 163412;3.大慶油田有限責任公司第三采油廠

 

參考文獻: 

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