摘要:文章介紹(shào)了用(yòng)于注聚剖(pōu)面測井(jǐng)的外流(liú)式(shì)電(diàn)磁流(liú)量計(jì) 磁場(chǎng)解析式的(de)推導和磁(cí)場仿(páng)真研(yán)究結果。在(zài)長筒電磁流量計的假(jiǎ)設下,從(cóng)磁偶極子的磁(cí)場理論出(chū)發,創新性地推導出(chū)外流(liú)式電磁流(liú)量計(jì)的磁場解(jiě)析式。在磁(cí)場(chǎng)解析式的基礎上(shàng),利用matlab的數值分(fèn)析方(fāng)法對外流式電磁(cí)流量計和油(yóu)管所構成的環形空(kōng)間中(zhōng)磁場的分布情(qíng)況進(jìn)行仿(páng)真研(yán)究。研究結果表(biǎo)明,在(zài)環形空間(jiān)中磁(cí)場呈(chéng)規律(lǜ)性的對(duì)稱(chēng)分布(bù),四個磁(cí)極附近(jìn)磁場強度的值(zhí)相對較大(dà),其它(tā)位置磁場(chǎng)強度的值相對較弱。
0引言(yán)
　　伴随着大(dà)慶油田(tián)三(sān)次采(cǎi)油技術(shù)的不斷(duàn)發展(zhǎn),注聚合物(wù)驅油技(jì)術在提高原(yuán)油(yóu)采(cǎi)收率方面的作用日(rì)益突(tū)出，常規的注人剖面監測技術(shù)已(yǐ)經(jīng)不能(néng)滿足注(zhù)聚(jù)剖面(miàn)動态監測的實(shí)際要求。外流式(shì)電磁(cí)流量計在(zài)清水中(zhōng)和以高(gāo)粘度(dù)的聚合物(wù)溶液爲(wèi)介(jiè)質的(de)流體中(zhōng)都(dōu)具有(yǒu)良好(hǎo)的響(xiǎng)應規(guī)律,因此外流式(shì)電磁流量計在大慶油(yóu)田廣泛(fàn)應用于聚(jù)合物(wù)驅注(zhù)人井的注人剖(pōu)面測井和分層(céng)流量調配。以往對電(diàn)磁量(liàng)計在(zài)清水和聚(jù)合物溶液中進(jìn)行了(le)大(dà)量(liàng)的實(shí)驗研究[1],理(lǐ)論研究開(kāi)展(zhǎn)的較少(shǎo)。文中詳細推導(dǎo)了外(wài)流(liú)式電磁(cí)流量計(jì)的(de)磁場(chǎng)解析式，在此基(jī)礎上應用matlab軟件(jiàn)對外流式電磁(cí)流量計的磁場(chǎng)分布進(jìn)行仿真研究(jiū)。研究工作(zuò)對于外流(liú)式電(diàn)磁流量(liàng)計的應用以及提高油(yóu)田注聚(jù)開發效(xiào)果具有重要意義。
1外流式(shì)電磁(cí)流量(liàng)計磁場的(de)解析式(shì)推導
　　外(wài)流式電磁流量(liàng)計的磁場由四個線圈(quān)構(gòu)成,對(duì)于實際(jì)的線(xiàn)圈(quān)結構(gòu)計算(suàn)磁感(gǎn)應強度(dù)b的解析(xī)式是(shì)困難(nán)的。在(zài)長(zhǎng)簡(jiǎn)電磁流量(liàng)計(2]的假(jiǎ)設(shè)下,可(kě)以合(hé)理地(dì)将産(chǎn)生交變(biàn)磁場的四個線圈(quān)等效(xiào)爲(wèi)圖1所(suǒ)示的四(sì)個磁偶(ǒu)極子,位(wèi)于垂(chuí)直于傳感器軸向(xiàng)的平面上。根據柱對稱(chēng)的假(jiǎ)設(shè),四(sì)個磁(cí)偶極(jí)子的(de)磁感(gǎn)應強(qiáng)度分布可(kě)以認爲是(shì)在垂直于(yú)軸向的平(píng)面上的分布。
 
　　在(zài)柱坐标(biāo)系(xì)下求(qiú)解四(sì)個(gè)磁偶極(jí)子在(zài)平面上的矢量(liàng)磁位a的分(fèn)布(bù)。在該平面上(shàng),任意一點的矢(shǐ)量磁位應(yīng)該爲(wèi)四個磁偶(ǒu)極子産生的矢量磁位疊加，即
a=a1+a2+ag+a4(1)
任意(yì)一點的磁感應(yīng)強度b由下式求得:
b=▽xa(2)
　　如圖1所(suǒ)示,四(sì)個磁偶極子pm1,pm2,pm3，pm4的(de)位置在極坐标(biāo)下分别(bié)表示爲(wèi):。四個磁偶(ǒu)極子(zǐ)的極矩數(shù)值相(xiàng)等,其值爲4pm=μis,μ爲線(xiàn)圈的磁導率,i爲(wèi)電流(liú)強度,s爲(wèi)線圈回(huí)路(lù)的面積(jī)。pm1和pm3指向(xiàng)徑(jìng)向,pm2和(hé)pm4指向與徑向相(xiàng)反。
　　磁偶極矩pm1在(zài)空間任意(yì)位置産生的(de)矢量磁位[4]a爲:
 
　　把(bǎ)式(4)、(5).(6).(7)帶人(rén)式(1)可以得(dé)到矢量磁位a的表達(dá)式:
 
　　由式(13)可(kě)知:矢(shǐ)量磁位a沿(yán)柱坐标系(xì)的(de)z方(fāng)向,是(shì)變量(liàng)r,θ的函數。磁(cí)感應強度b由式(shì)(14)求得。
 
　　把式(14)進一步化簡(jiǎn)求得磁(cí)感應強度b的表(biǎo)達式,式(15)即爲外(wài)流式電(diàn)磁流量(liàng)計的磁場(chǎng)解析(xī)式。
2外流式電磁(cí)流量(liàng)計磁場分(fèn)布的仿真
　　matlab數值分析(xī)方法(fǎ)進行(háng)仿真(zhēn)研究(jiū)的優(yōu)點.是(shì):通過對公式進(jìn)行數學編(biān)程處理(lǐ),可以把解析式中各變(biàn)量間的關系用圖形進行形象(xiàng)直觀的表現。
 
　　利(lì)用matlab數(shù)值分析方(fāng)法對式(shì)(15)進行編程求解,得到(dào)了(le)圖2磁(cí)場矢(shǐ)量分(fèn)布圖和(hé)圖3磁場(chǎng)等值(zhí)線分(fèn)布圖。圖2中(zhōng)箭頭的指(zhǐ)向代表(biǎo)了磁感(gǎn)應強(qiáng)度即(jí)磁場(chǎng)的方(fāng)向,它(tā)是由(yóu)式(15)中沿e,方(fāng)向(半(bàn)徑方向(xiàng))和沿eo方(fāng)向(垂直于半徑(jìng)方向)的礅(dūn)感應(yīng)強度共同作用(yòng)的結.果。由圖2可(kě)以直(zhí)觀(guān)看出在(zài)外流式電(diàn)磁流(liú)量計和油(yóu)管構(gòu)成的(de)環(huán)形空間中磁場呈規律性(xìng)的對稱(chēng)分布(bù)。圖3中:色标(biāo)顔色(sè)從紅色變(biàn)爲藍(lán)色表(biǎo)示磁(cí)場強度由(yóu)強逐漸變(biàn)弱(ruò)。由圖3可以直(zhí)觀看出在外流式電(diàn)磁(cí)流(liú)量計(jì)和油(yóu)管構(gòu)成的(de)環形空間中磁(cí)場呈規律(lǜ)性的(de)對稱分(fèn)布;在四個磁極(jí)附近的(de)磁場強度的值(zhí)很大(dà),沿着徑向(xiàng)迅(xùn)速(sù)衰減。.由圖(tú)2和圖3可以知(zhī)道:在環形空間中(zhōng),磁場(chǎng)呈規律性(xìng)的對(duì)稱分(fèn)布,四個磁(cí)極(jí)附近磁(cí)場強度的值(zhí)相(xiàng)對較(jiào)大,其(qí)它位置磁場強度的(de)值相(xiàng)對較(jiào)弱。
 
 
3結(jié)論(lùn)
(1)本(běn)文(wén)從磁偶(ǒu)極子的磁(cí)場(chǎng)理(lǐ)論出(chū)發，創新性(xìng)地推導出(chū)了外(wài)流式電磁流量計的(de)磁場解析(xī)式,爲進(jìn)一(yī)步開(kāi)展外流式電磁(cí)流量(liàng)計的研究(jiū)奠定(dìng)了理論基(jī)礎。
(2)通(tōng)過磁場仿(páng)真,直觀形象的給出了外流式(shì)電磁流量(liàng)計和(hé)油管(guǎn)所構成的(de)環形(xíng)空間(jiān)中的(de)磁場分布。在(zài)環(huán)形空間中(zhōng)磁場(chǎng)呈規律性的對(duì)稱分布，四個磁(cí)極附近(jìn)磁場強(qiáng)度的值相對較(jiào)大,其(qí)它位(wèi)置磁(cí)場強度的值相對較弱。

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