摘要(yào):針對(duì)目前油田(tián)分層配注(zhù)井注(zhù)人量的監(jiān)測需求,研(yán)制一(yī)種基于電(diàn)磁感應原(yuán)理的(de)電磁(cí)流量計 ,該(gāi)流量計可長期置于油(yóu)田智能(néng)配注(zhù)井,進(jìn)行注(zhù)人量測(cè)量。介紹(shào)儀器(qì)工作原理(lǐ)、結構(gòu)設計及儀器技術指标。室(shì)内實驗(yàn)表明,智(zhì)能配(pèi)注井(jǐng)井下電磁流(liú)量計在清水(shuǐ)中(zhōng)标(biāo)定具(jù)有(yǒu)很好的(de)線性(xìng)響應(yīng),儀器輸出穩定(dìng),重複性好,測量(liàng)結果正确(què)。現場(chǎng)試驗表明(míng)，應用電磁流量(liàng)計進行智能配(pèi)注井配(pèi)注(zhù)量監(jiān)測,測(cè)試(shì)精度高,測量(liàng)結果正确(què)可(kě)靠(kào),可真(zhēn)實反(fǎn)應井下注人(rén)情(qíng)況,可以長(zhǎng)期置(zhì)于井(jǐng)下(xià)進行流量監測(cè),能(néng)夠滿(mǎn)足測(cè)試需求。
0引(yǐn)言
　　當(dāng)油田(tián)開發(fā)進入(rù)中後期,分(fèn)層注水(shuǐ)驅油成(chéng)爲重(zhòng)要(yào)的開采(cǎi)手段。針對不同(tóng)井況(kuàng),采用分層(céng)開采(cǎi)技(jì)術(shù)，根據(jù)需要對(duì)多個油(yóu)層同時注水,對不同(tóng)的油層進(jìn)行定量的配注。在現(xiàn)有的采油(yóu)技術中,偏(piān)心注水是(shì)目前油田(tián)采(cǎi)用(yòng)的最(zuì)主要(yào)方法(fǎ)，雖然(rán)偏心(xīn)注水(shuǐ)工藝可以解決(jué)多(duō)級分層(céng)注水(shuǐ)的(de)問題,但(dàn)傳(chuán)統的測調工(gōng)藝方(fāng)法工作量大、效率低,已經(jīng)嚴重制(zhì)約了注水技術的發展(zhǎn)。智能配注是利(lì)用機電--體(tǐ)化技(jì)術,将(jiāng)流量(liàng)監測(cè)、通信(xìn)及自(zì)動控(kòng)制系統置于井(jǐng)下智能配水器(qì)中,可對層段注(zhù)人量、累積注人(rén)量實時監控,将注人量測試和(hé)調整結合起來(lái),實現(xiàn)井(jǐng)下各層(céng)流量測試(shì)和自(zì)動調(diào)配-2。井下各(gè)層流量的正确測量是實現科(kē)學調配的關鍵。
　　近年來電子流量計的推廣使(shǐ)用,使(shǐ)注水井的分層測試(shì)效率(lǜ)、測試資料(liào)的正确性等都(dōu)有很(hěn)大提(tí)高(gāo)。相對于(yú)其他的(de)電子流(liú)量計(jì),電磁流量(liàng)計結構簡(jiǎn)單、無機械活(huó)動部件(jiàn)、無節流部件、測量範(fàn)圍寬、測量(liàng)結果精度(dù)高[34。在油田(tián)生産中,電(diàn)磁流(liú)量計被廣(guǎng)泛應(yīng)用于注水(shuǐ)井、注(zhù)聚井(jǐng)的注(zhù)人剖面(miàn)測井,目(mù)前，電磁流量計(jì)也被用于油水(shuǐ)兩相流産(chǎn)出剖(pōu)面測井,儀器工(gōng)作穩(wěn)定,測(cè)量數(shù)據重複性好測(cè)量結果正确可靠[5。因(yīn)此,研(yán)制應(yīng)用于油田(tián)智能(néng)配注井(jǐng)流量測(cè)試的電磁(cí)流量(liàng)計尤(yóu)爲重要,可(kě)爲智(zhì)能(néng)調配提(tí)供可靠的流量(liàng)數據。本文(wén)研制(zhì)了一種可長期(qī)放置于智(zhì)能配注井中(zhōng)的電磁(cí)流量計,該流量計能進行注人(rén)量測量，對其(qí)工(gōng)作性能進(jìn)行室(shì)内檢測(cè)并(bìng)進行(háng)水域(yù)中的标定(dìng)。室内檢(jiǎn)測及現場應用試驗表(biǎo)明,所研制的智(zhì)能配注(zhù)井(jǐng)電磁(cí)流量計具(jù)有良(liáng)好的穩(wěn)定性、重(zhòng)複性,線性(xìng)響應(yīng)好，可以長(zhǎng)期置(zhì)于井(jǐng)下(xià)定時的監測注水(shuǐ)情況(kuàng)。
1儀器(qì)結(jié)構設計(jì)及測(cè)調工藝(yì)
1.1總體方案設計及(jí)測調工藝(yì)
　　在油(yóu)田井下流體流(liú)量測(cè)量中(zhōng),由于(yú)井下注人流(liú)體複雜,管壁(bì)結垢(gòu)現象(xiàng)嚴(yán)重(zhòng),外流(liú)式電(diàn)磁流量計(jì)受(shòu)井壁變徑影(yǐng)響，因(yīn)此,儀器設(shè)計爲内流式的電磁(cí)流量(liàng)計結構[6],整(zhěng)體結構示意圖見(jiàn)圖1。将儀(yí)器與電纜(lǎn)相連接,電纜與井下(xià)管柱(zhù)固(gù)定,儀器(qì)坐人(rén)配水器中(zhōng),整(zhěng)體跟随(suí)管柱(zhù)下人井下(xià)指定(dìng)位置,通過(guò)配水器閥門開度調節注人(rén)量(liàng)大小(xiǎo)。對注(zhù)水井進行(háng)測調時，給儀器(qì)供電(diàn),注水井中(zhōng)流體通(tōng)過進液(yè)口流人(rén)儀器測(cè)量通道内(nèi),流經(jīng)電磁流量傳感(gǎn)器,電磁流量傳感器随(suí)流量不(bú)同有(yǒu)相應的頻率輸出(chū),流(liú)體經(jīng)電磁流量傳感器檢測後,通過配水(shuǐ)器水嘴流人地(dì)層。電磁流(liú)量計的測量信(xìn)号經由測量(liàng)電路處理,再(zài)通過(guò)電纜(lǎn)傳(chuán)人地面采集系統(tǒng)中,經(jīng)地面(miàn)采(cǎi)集軟件(jiàn)處理可(kě)以直接(jiē)讀出(chū)流量測量(liàng)結果(guǒ)。
　　儀(yí)器進液(yè)口采用防(fáng)護網設計(jì),目(mù)的是防(fáng)止井下(xià)雜(zá)物進(jìn)人測(cè)量通(tōng)道,可(kě)以避免大塊雜(zá)物堵塞調節水嘴,同(tóng)時消(xiāo)除雜(zá)物對感應(yīng)電極的磨損，保證測(cè)量結果的(de)正确(què)性。考(kǎo)慮儀器需(xū)要(yào)長期放(fàng)置于(yú)井下，爲适應(yīng)井(jǐng)下惡劣的條件(jiàn),儀器外殼及感(gǎn)應電極等(děng)部件(jiàn)選用(yòng)耐腐蝕材(cái)質,以提(tí)高井下(xià)儀器長(zhǎng)期工作(zuò)的穩定(dìng)性,保證測量精度。
 
1.2測量傳感器結構(gòu)設計(jì)
　　通過(guò)建立(lì)仿真(zhēn)模型(xíng),利用(yòng)測量(liàng)區域的樣(yàng)本平均值(zhí)樣(yàng)本(běn)标準(zhǔn)差、變異系(xì)數、磁(cí)場均勻長(zhǎng)度和(hé)均(jun1)勻區域(yù)等相關概念對(duì)電磁(cí)流量計(jì)内部磁場(chǎng)分(fèn)布情(qíng)況進行(háng)分析,對(duì)傳感(gǎn)器的(de)結構參數與内部磁(cí)場的關系(xì)進行研究,确定(dìng)傳感(gǎn)器的優(yōu)化(huà)設計(jì)結構(gòu)[7-8]。傳感(gǎn)器結(jié)構示意圖見圖(tú)2,傳感(gǎn)器采用(yòng)雙(shuāng)發射磁(cí)極(jí)與雙測量電(diàn)極(jí)的結(jié)構。測量電(diàn)極與發射(shè)磁極兩兩(liǎng)相對均勻(yún)分布在管道圓(yuán)周上(shàng),測量電極與儀(yí)器外殼(ké)相絕緣(yuán),與流體直(zhí)接接(jiē)觸,磁極的勵磁(cí)線圈内部(bù)包裹鐵芯,用來産生(shēng)交變(biàn)磁場,導電(diàn)流體(tǐ)從傳感器(qì)測量(liàng)通道内流(liú)過時(shí)切(qiē)割磁力(lì)線并産生(shēng)感應電動(dòng)勢。
 
1.3流道内(nèi)徑優化設計
　　電磁流(liú)量計(jì)測量(liàng)範圍(wéi)大,對(duì)于地面用電(diàn)磁流量計(相(xiàng)同(tóng)直(zhí)徑的(de)傳感器(qì)),滿量程(chéng)流速爲0.3~15.0m/s,推薦的(de)測量速度爲1~5m/s。計(jì)算不同管徑電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計測量(liàng)的(de)流(liú)量範(fàn)圍,根據計算結果選(xuǎn)定合适的電磁(cí)流量計設計管(guǎn)徑,電(diàn)磁流量計(jì)管(guǎn)徑(jìng)、流速與流(liú)量關系計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可(kě)見，爲滿足(zú)1~100m³/d流量(liàng)測量範圍要求，較佳的(de)電(diàn)磁流(liú)量計(jì)流道管徑應該選(xuǎn)擇(zé)爲10mm。爲擴大流量測量(liàng)範圍,此(cǐ)次流道(dào)内徑(jìng)設(shè)計爲12mm。根(gēn)據流量的測量範圍(wéi)優(yōu)化電磁(cí)流量傳(chuán)感(gǎn)器的(de)結構(gòu),保證傳感器的(de)穩(wěn)流長度。
 
1.4主要(yào)技術指标與性能特(tè)點
　　電磁流量計(jì)的主(zhǔ)要技術指(zhǐ)标:外(wài)徑(jìng)28mm,長度(dù)650mm,耐(nài)溫80℃,耐(nài)壓35mpa,流量測量範(fàn)圍爲(wèi)0.5~120.0m³/d、精度爲±3%。電磁流量(liàng)計的主要性能特(tè)點:①采(cǎi)用内(nèi)流式(shì)結構(gòu)設計,不受井壁(bì)結垢(gòu)及變(biàn)徑影響,測試(shì)結果更(gèng)正确(què)可靠;②電磁(cí)流量(liàng)計(jì)電極采(cǎi)用防腐(fǔ)設(shè)計,可(kě)以提(tí)高(gāo)井(jǐng)下儀(yí)器長期(qī)工(gōng)作的(de)穩定(dìng)性,保證測(cè)量精度;③進液口(kǒu)采用防(fáng)護網(wǎng)設(shè)計，防止異物進人測(cè)量通道對測量(liàng)結果(guǒ)的影響,提(tí)高(gāo)測量可(kě)靠性;④充(chōng)分考(kǎo)慮(lǜ)測量電極前後的穩流(liú)段(duàn)長度(dù)，避免流體流态(tài)對測量結果造(zào)成影響。
2室内檢(jiǎn)測及标定結果(guǒ)
2.1測量(liàng)穩(wěn)定性檢(jiǎn)測
　　爲了檢(jiǎn)測儀器工作性(xìng)能，在(zài)現場應用(yòng)前對(duì)儀器進行水域(yù)的标定及檢測。将經過耐壓檢(jiǎn)測後的儀(yí)器傳(chuán)感器全部(bù)浸人(rén)水中,通過(guò)室内給儀(yí)器供(gòng)電，間(jiān)隔10min記錄儀(yí)器輸(shū)出頻(pín)率(lǜ)。儀器工(gōng)作穩定性(xìng)檢測(cè)結果(guǒ)見表2,儀器(qì)在水中(zhōng)輸出頻(pín)率穩定,工作狀(zhuàng)态良好。
 
2.2儀器在(zài)室内水(shuǐ)域中标(biāo)定結果(guǒ)
　　将儀器連接(jiē)封隔(gé)裝置放人标定(dìng)井簡(jiǎn)中,封隔裝置密(mì)封儀器外璧(bì)與井簡内壁形成的環形空間,保證流(liú)體完全進(jìn)人測量通(tōng)道。給(gěi)儀器(qì)供電進行(háng)流量調(diào)節(jiē)，流量(liàng)調節爲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(měi)一流量點時的儀器輸(shū)出(chū)頻率(lǜ),記錄時間(jiān)爲2min。計(jì)算每一流(liú)量點(diǎn)時的儀器輸出頻率平均值,将(jiāng)數據(jù)進行(háng)線性(xìng)拟合(hé),得(dé)到儀(yí)器的标定檢測結果圖(tú)見(jiàn)圖3,儀器(qì)的檢(jiǎn)測數(shù)據結果(見表3)。由圖3可(kě)見，随着(zhe)流量(liàng)的(de)增大,儀(yí)器(qì)輸出頻率線(xiàn)性增加,線性(xìng)相關系數(shù)爲0.9999979,顯示出(chū)儀器具有良好的線(xiàn)性響應。由(yóu)表3可(kě)見,在(zài)0.5~120.0m³/d流量範圍(wéi)内,儀器測量誤(wù)差在±1%之内(nèi)。
 
 
2.3儀器(qì)在室内水域重複性檢測
　　記錄(lù)每一流量(liàng)點時(shí)的儀器輸(shū)出頻(pín)率,在(zài)水中進行(háng)3次測量,儀器測(cè)量重複性結果(guǒ)見圖(tú)4。由圖(tú)4可見(jiàn),3次測量結果基(jī)本重(zhòng)複(fú)。計(jì)算重(zhòng)複性誤差,對同(tóng)--流量點的(de)3次測(cè)量儀(yí)器(qì)輸(shū)出頻(pín)率取(qǔ)平(píng)均值,以(yǐ)各流量點(diǎn)的平(píng)均輸(shū)出頻率(lǜ)值(zhí)爲橫坐标(biāo),以流量爲(wèi)縱坐标進(jìn)行線性拟(nǐ)合,得到線性拟合結(jié)果,将每一-次各(gè)流量點的輸出(chū)頻率代人拟合公式(shì)中進行測(cè)量流(liú)量的(de)計算(suàn)，将測量的(de)流量(liàng)與标準(zhǔn)流量對(duì)比,計算(suàn)滿量程(chéng)誤差,得到(dào)誤差(chà)分布(bù)(見圖5)。最大(dà)重複性誤差爲(wèi)0.65%，顯示清水(shuǐ)中3次(cì)測量結果具有(yǒu)良好的重(zhòng)複性(xìng)。
 
3現場試驗應用(yòng)
　　将儀器置人配水器(qì)中跟随管(guǎn)柱下人(rén)井下指(zhǐ)定位(wèi)置(zhì)。注水井(jǐng)測調(diào)時,根據電(diàn)磁流量(liàng)計給(gěi)出的實時測量結(jié)果調節注水井(jǐng)各層(céng)段的(de)配注量。在(zài)大慶油田進行(háng)了現(xiàn)場測調試(shì)驗,表4、表5分(fèn)别爲高xx-yy井、高aa-bb井7個層段的測調試驗(yàn)結果。表4中(zhōng),高xx-yy井單層(céng)測調流量(liàng)相對誤差(chà)最大爲(wèi)5.25%,全(quán)井流(liú)量相對誤差爲(wèi)4.13%;表5中,高aa-bb井單層(céng)測調流量相對(duì)誤差最大爲6.70%,全(quán)井流(liú)量相對誤差爲2.50%。2口井單層(céng)測調(diào)誤差和合(hé)層誤差.均滿(mǎn)足測調要求。
 
　　儀器(qì)于2017年6月随井下工具(jù)下井進行(háng)注人量調配測(cè)量,2018年5月22日從(cóng)井下提出儀(yí)器,儀(yí)器在井(jǐng)下曆經(jīng)近1年時間(jiān),工作狀(zhuàng)态(tài)穩(wěn)定,測量(liàng)數據可靠,表(biǎo)明(míng)智能注人(rén)井電(diàn)磁流量計可以(yǐ)長期(qī)放置于井(jǐng)下配(pèi)水(shuǐ)器(qì)中,對(duì)注水(shuǐ)情況(kuàng)進行實時監測。流量(liàng)測量(liàng)結果可以(yǐ)真實(shí)反應井下(xià)流(liú)量情況，精度(dù)高,可以配(pèi)合注(zhù)人井(jǐng)測調(diào)實現(xiàn)智能配(pèi)注。
4結論(lùn)
(1)實驗(yàn)表(biǎo)明(míng),智能(néng)配注井井下電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計(jì)在清(qīng)水中具有很好(hǎo)的線性響應,儀(yí)器輸(shū)出穩(wěn)定、重(zhòng)複性好(hǎo),測量結(jié)果正确,滿量程誤差(chà)在±1%之内。
(2)應用電磁流(liú)量計進行(háng)智能配注井配注(zhù)量(liàng)監測(cè)，可以真實反(fǎn)應(yīng)井下情況(kuàng),測量(liàng)結果(guǒ)正确且測(cè)試精(jīng)度(dù)高，可以滿(mǎn)足(zú)測(cè)試需求(qiú)。
(3)現場試(shì)驗(yàn)中，電(diàn)磁流(liú)量計在井下穩(wěn)定(dìng)工(gōng)作時(shí)間1年(nián)左右,初步(bù)達到設計(jì)要求(qiú)。需要(yào)繼續進行現場(chǎng)試驗,進--步驗證電(diàn)磁流量(liàng)計在井(jǐng)下(xià)穩定工作的時(shí)間,研(yán)究井下環(huán)境對(duì)電磁流量(liàng)計的(de)影響(xiǎng)。

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