摘要:爲解決(jue)分層注聚合物井(jǐng)測調用電磁流量(liang)計 ,在現場應用時(shi)存在的測量流量(liàng)比實際注入流量(liàng)偏小10%以上的問題(tí),對電磁流量計開(kāi)展了以自來水和(he)聚合物溶液爲流(liu)動介質的标定。分(fèn)析對比了電磁流(liú)量計在自來水中(zhōng)、不同濃度和黏度(du)聚合物溶液中響(xiǎng)應規律,指出流态(tài)的改變會導緻電(dian)磁流量計響應的(de)儀器常數改變。科(ke)學合理地解釋了(le)電磁流量計在分(fèn)層注聚合物井中(zhōng)測調流量時測量(liang)偏差大的原因;進(jin)一步提出了利用(yòng)電磁流量計在自(zi)來水中層流流态(tai)的測量數據獲得(dé)的标定方程來計(jì)算分層注聚合物(wu)井測量流量的标(biāo)定新方法,該标定(ding)方法标定效率提(tí)高30倍以上。
　　自1954年首(shou)次提出電磁流量(liàng)計的測量理論開(kāi)始,中外衆多研究(jiū)者圍繞磁場構建(jiàn)、電極尺寸和電極(jí)數目、電極材質等(děng)方面開展了大量(liang)的研究工作研制(zhi)成功了應用于不(bú)同測量環境的電(dian)磁流量計電磁流(liú)量計因爲具有無(wú)可動部件、無阻流(liu)部件、無壓力損失(shī)、可靠性高、量程比(bi)寬等突出優點,在(zai)工業計量和貿易(yì)交接中獲得了廣(guang)泛的應用。應用在(zai)分層注水井流量(liàng)測量的存儲式電(dian)磁流量計，并應用(yong)于中國各油田分(fen)層注水井流量測(cè)調。對于已經進入(ru)高含水和特高含(han)水開發期的老油(you)田，爲進一步提高(gao)原油采收率,大量(liang)注水井逐漸由注(zhu)水開發轉變爲注(zhù)聚合物開發,該類(lèi)型電磁流量分層(céng)注水井測調儀器(qì)同樣也被現場用(yòng)于在分層注聚合(he)物井中測調流量(liang),但是在分層注聚(ju)合物井流量測調(diào)現場應用中存在(zài)下述問題:分層注(zhù)聚合物井流量測(cè)調用電磁流量計(ji)的标定方法仍然(rán)采用分層注水井(jǐng)流量測調用電磁(cí)流量計的标定方(fang)法,即采用自來水(shuǐ)爲流動介質進行(háng)标定獲得标定方(fāng)程求得儀器常數(shù);電磁流量計在分(fen)層注聚合物井中(zhong)測量的流動介質(zhì)爲不同濃度和黏(nian)度的聚合物溶液(ye),對近百口分層注(zhù)聚合物井全井總(zǒng)注入流量測量的(de)統計數據表明,使(shi)用自來水中獲得(de)的标定方程對分(fen)層注聚合物井進(jin)行流量測量計算(suàn)時,存在測量流量(liàng)比實際流量偏小(xiao)10%以上的現象。
　　爲對(dui)該現象進行合理(lǐ)的解釋,并減小流(liú)量測量誤差,對外(wai)流式四電極電磁(cí)流量計開展了大(dà)量分析，并提出了(le)一種流量校正方(fāng)法;開展了外流式(shì)四電極電磁流量(liang)計磁場分布特性(xing)數值模拟，從理論(lun)上定性解釋了電(dian)磁流量法在水和(hé)聚合物中都對流(liu)量具有線性響應(yīng)規律但儀表常數(shu)不同。外流式四電(diàn)極電磁流量計由(yóu)于磁場分布不均(jun1)勻,流量計響應特(tè)性會受到流速剖(pōu)面分布的影響(也(yě)就是流型的影響(xiǎng)),不能使用流量計(jì)在自來水中的标(biao)定方程來計算分(fen)層注聚合物井中(zhong)的流體流量,正确(què)的做法應該是使(shi)用流量計在聚合(he)物溶液中的标定(dìng)方程來計算注聚(ju)井的流體流量。但(dan)是,油田分層注聚(ju)合物井數量接近(jin)30000口,該類型電磁流(liú)量計的使用數量(liang)超過1000支,并且每3個(ge)月需要标定一次(cì)。如果使用流量計(jì)在聚合物溶液中(zhōng)的标定方程來計(ji)算注聚井的流體(tǐ)流量的方法,油田(tián)油氣水三相流測(cè)井實驗室,難以完(wán)成數量龐大的流(liu)量計标定任務,難(nán)以滿足生産應用(yòng)的實際需求。
　　分層(ceng)注聚合物井測調(diào)用電磁流量計,在(zài)現場應用時存在(zai)的測量流量比實(shí)際注人流量偏小(xiǎo)10%的問題,現對電磁(ci)流量計在自來水(shui)和聚合物溶液中(zhong)開展流動實驗,通(tong)過數據分析,對流(liu)量測量偏差進行(háng)科學解釋;進一步(bù)研究提出一種分(fèn)層注聚合物井測(cè)調用電磁流量計(jì)簡單有效的标定(ding)新方法,滿足現場(chǎng)應用的實際需求(qiú)。
1電磁流量計-油管(guan)環形流動空間雷(lei)諾數計算
　　單相流(liu)體流動的特征分(fen)爲層流和紊流兩(liang)種流态，可以通過(guo)計算雷諾數Re來判(pàn)斷流體是處于層(céng)流流态(Re<2000)或是紊流(liu)流态(Re>4000)。2000<Re<4000時,流體流動(dong)屬于過渡流态，過(guò)渡流态表現層流(liu)特征還是紊流特(tè)征取決于流體流(liú)線的擾動情況和(he)管壁的粗糙度。。對(dui)于電磁流量計和(hé)油管所構成的環(huan)形流動空間,雷諾(nuo)數的計算公式爲(wei)
 
　　式(1)中:dci爲流量計的(de)外半徑,m;`ʋ爲流體平(píng)均速度,m/s;ρ爲流體密(mi)度,kg/m3;μ爲流體的黏度(dù)，mPa.s;F.爲流量計外半徑(jing)與油管内半徑的(de)比。
　　計算參數如下(xia):油管内徑爲62mm,電磁(ci)流量計儀器外徑(jing)爲38mm,自來水的運動(dòng)黏度爲1.6mPa.s,濃度爲1000mg/L聚(jù)合物溶液的運動(dong)黏度爲42.0mPa.s,濃度爲1500mg/L聚(ju)合物溶液的運動(dong)黏度爲83.0mPa.s,濃度爲2000mg/L聚(ju)合物溶液的運動(dong)黏度爲140.0mPa.s，自來水的(de)密度爲1000kg/m3,聚合物溶(róng)液的密度爲1000kg/m3。
 
　　如表(biǎo)1所示爲由雷諾數(shu)的計算公式(1)反演(yǎn)計算得到的環形(xing)流動空間中不同(tong)流動介質條件下(xia)雷諾數-流量對應(yīng)關系。統計數據表(biao)明大慶油田98%的注(zhù)水井和注聚井,總(zong)注人量都小于200m3/d,根(gen)據表1的計算結果(guo)可知在注水井中(zhong)對電磁流量計和(he)油管所形成的環(huan)形流動空間中，當(dāng)注水量小于21.8m3/d時流(liú)态爲層流,當注水(shui)量大于43.7m3/d時流态爲(wei)紊流,在注聚井中(zhong)對電磁流量計和(he)油管所形，成的環(huán)形流動空間中隻(zhi)有層流流态
2電磁(ci)流量計在不同流(liú)動介質中的響應(yīng)規律分析
2.1實驗設(shè)計
　　在油田測試油(yóu)氣水三相流測井(jing)，,對7支電磁流量計(jì)在注人井模拟管(guǎn)路上開展了不同(tóng)流量條件下自來(lái)水和3種濃度聚合(hé)物溶液中的流動(dong)實驗。圖1爲實驗裝(zhuang)置照片,關于實驗(yàn)裝置和實驗流程(cheng)的詳細介紹可見(jiàn)。由于文章篇幅限(xiàn)制,在本文中詳細(xì)介紹其中2支電磁(ci)流量計的實驗情(qing)況。實驗介質分别(bié)爲自來水、濃度爲(wei)1000mg/L聚合物溶液、濃度(dù)爲1500mg/L聚合物溶液、濃(nong)度爲2000mg/L聚合物溶液(yè),化驗的運動黏度(dù)分别爲1.6.42.0.83.0、140.0mPa.s。
 
　　總共設定(dìng)16個标準流量工況(kuàng):0、3、5、10、15、20、30、40、50、60、70、8090、100、150、200m'/d。開展實驗時從最(zui)大标準流量點開(kāi)始進行遞減調節(jiē),當流量大于50m³/d,每個(gè)設定流量點穩定(dìng)5min後電磁流量計開(kai)始啓動測量;當流(liu)量小于50m³/d,每個設定(ding)流量點穩定15min後電(diàn)磁流量計開始啓(qi)動測量;對于每個(ge)設定标準流量,電(diàn)磁流量計測量時(shi)間設定爲5min,每秒采(cǎi)集2個測量數據,每(měi)個流量點共采集(ji)600個測量數據,采用(yòng)與中相同的數據(jù)處理方法。
2.2電磁流(liu)量計在自來水中(zhong)響應規律分析
　　根(gēn)據表1中計算數據(jù),對電磁流量計和(hé)油管構成的環形(xíng)流動空間中，将标(biāo)準流量小于45m³/d的測(cè)量數據劃分爲層(ceng)流流态的測量數(shu)據,将标準流量大(da)于45m³/d的測量數據劃(hua)分爲紊流流态的(de)标定數據。
　　圖2所示(shì)爲1#電磁流量計在(zài)不同流量範圍自(zi)來水中的測量數(shu)據及線性拟合曲(qǔ)線,将流量爲0~200m³/d、0~40m³/d、45~200m³/d時的(de)儀器常數(線性拟(ni)合曲線的斜率)分(fèn)别記爲K1.3=19.53、K1.1=17.654、K1.2=19.807。分别對K1.3、K1.1、K1.2進(jìn)行對比計算,得
 
　　式(shi)(2)的計算數據表明(ming)紊流流态中1#電磁(cí)流量計的儀器常(cháng)數K,2要比層流流态(tài)中1#電磁流量計的(de)儀器常數K1.1偏大12.15%。式(shì)(3)的計算數據表明(ming)包括層流和紊流(liú)兩種流态的1#電磁(cí)流量計的儀器常(cháng)數K1.3要比層流流态(tai)中1#電磁流量計的(de)儀器常數K.偏大10.63%。，式(shì)(4)的計算數據表明(míng)紊流流态中1#電磁(ci)流量計的儀器常(chang)數K1.3要比包括層流(liu)和紊流兩種流态(tài)的1#電磁流量計的(de)儀器常數K,偏大1.42%。
 
　　圖(tú)3所示爲2#電磁流量(liàng)計在不同流量0~200m³/d範(fan)圍自來水中的測(cè)量數據及線性拟(nǐ)合曲線,将流量0~200m³/d、0~40m³/d、45~200m³/d時(shí)儀器常數(線性拟(nǐ)合曲線的斜率)分(fen)别記爲K2.3:=19.94K2.1=17.818、K2.2=20.3。分别對K2.3、K,2.1、K2.2進(jin)行對比計算,得
 
 
　　式(shì)(5)的計算數據表明(míng)紊流流态中2#電磁(cí)流量計的儀器常(chang)數K2.2要比層流流态(tai)中2#電磁流量計的(de)儀器常數K2.1偏大13.93%。式(shì)(6)的計算數據表明(míng)包括層流和紊流(liu)兩種流态的2#電磁(cí)流量計的儀器常(cháng)數K2.3要比層流流态(tài)中2#電磁流量計的(de)儀器常數K2.1偏大11.91%。式(shi)(7)的計算數據表明(ming)紊流流态中2#電磁(ci)流量計的儀器常(cháng)數K2.2要比包括層流(liú)和紊流兩種流态(tai)的2#電磁流量計的(de)儀器常數K2.3偏大1.81%。
　　以(yi)上分析表明,對2支(zhi)電磁流量計在自(zì)來水中得到的層(ceng)流流态條件下的(de)儀器常數,與包括(kuo)層流和紊流兩種(zhǒng)流态條件下的儀(yi)器常數之間的偏(piān)差都超過10%;與紊流(liú)流态條件下的儀(yí)器常數之間的偏(pian)差也同樣都超過(guo)10%。基于上述實驗規(guī)律,判斷流态會影(yǐng)響電磁流量計的(de)儀器常數;進一步(bu)對電磁流量計在(zài)聚合物溶液中與(yǔ)自來水中響應規(guī)律開展對比分析(xī)。
2.3電磁流量計在聚(ju)合物溶液中與自(zi)來水中響應規律(lǜ)對比分析
　　圖4爲1#電(diàn)磁流量計在0~200m³/d流量(liang)範圍,濃度分别爲(wèi)1000、1500、2000mg/L聚合物溶.液中的(de)測量數據及線性(xing)拟合結果,将1#電磁(cí)流量計在3種聚合(he)物溶液中得到的(de)儀器常數(線性拟(nǐ)合曲線的斜率)分(fèn)别記爲K4=17.224、K5=17.219、K6=17.222。
 
　　對1#電磁流(liú)量計在聚合物溶(róng)液中得到的儀器(qì)常數,與電磁流量(liang)計在自來水中得(de)到的儀器常數進(jin)行對比分析。首先(xiān)計算分析1#電磁流(liu)量計在3種不同黏(nián)度/濃度的聚合物(wù)溶液中得到的儀(yí)器常數K4、K5、K6,3個儀器常(chang)數相互之間差别(bié)很小，因此判斷1#電(dian)磁流量計響應規(gui)律受聚合物溶;液(yè)濃度和黏度的影(ying)響很小，可以忽略(luè)不計。然後分别對(duì)1#電磁流量計在3種(zhǒng)不同黏度/濃度的(de)聚合物溶液中得(dé)到的儀器常數K4、K5、K6與(yu)1#電磁流量計在自(zì)來水中得到的包(bāo)括層流和紊流兩(liǎng)種流态的儀器常(cháng)數K1.3,進行對比計算(suan)、與1#電磁流量計在(zài)自來水中得到的(de)層流流态的儀器(qì)常數K1.1進行對比計(ji)算得
 
　　計算結果表(biao)明:1#電磁流量計在(zài)聚合物溶液中得(dé)到的儀器常數K4、K5、K6,與(yu)1#電磁流量計在自(zì)來水中得到的包(bao)括層流和紊流兩(liang)種流态的儀器常(chang)數K1.3,的最大偏差爲(wei)13.42%,與1#電磁流量計在(zai)自來水中得到的(de)層流流态的儀器(qì)常數K1.1的最大偏差(cha)爲2.53%。
　　圖5爲2#電磁流量(liàng)計在0~200m³/d流量範圍,濃(nong)度分别爲1000、1500、2000mg/L聚合物(wu)溶液中的測量數(shù)據及線性拟合結(jié)果,将2#電磁流量計(jì)在3種聚合物溶液(ye)中得到的儀器常(cháng)數(線性拟合曲線(xian)的斜率)分别記爲(wei)K,=17.633、K8=17.625、K9=17.608。
 
　　對2#電磁流量計在(zai)聚合物溶液中得(de)到的儀器常數,與(yu)電磁流量計在自(zi)來水中得到的儀(yi)器常數進行對比(bǐ)分析。首先計算分(fèn)析2#電磁流量計在(zai)3種不同黏度/濃度(dù)的聚合物溶液中(zhōng)得到的儀器常數(shu)K7、K8、K9,3個儀器常數相互(hu)之間差别很小，因(yin)此判斷2#電磁流量(liàng)計響應規律受聚(jù)合物溶液濃度和(he)黏度的影響很小(xiao)，可以忽略不計。然(rán)後分别對2#電磁流(liu)量計在3種不同黏(nián)度/濃度的聚合物(wu)溶液中得到的儀(yi)器常數K7、K8、K9與2#電磁流(liu)量計在自來水中(zhōng)得到的包括層流(liu)和紊流兩種流态(tài)的儀器常數K2.3進行(hang)對比計算、與2#電磁(cí)流量計在自來水(shui)中得到的層流流(liú)态的儀器常數K2.1進(jìn)行對比計算,得
 
　　計(jì)算結果表明:2#電磁(cí)流量計在聚合物(wù)溶液中得到的儀(yi)器常數K7、K8、K9,與2#電磁流(liú)量計在自來水中(zhōng)得到的包括層流(liu)和紊流兩種流态(tai)的儀器常數K,,的最(zui)大偏差爲13.24%，與2#電磁(ci)流量計在自來水(shuǐ)中得到的層流流(liú)态的儀器常數K2.1的(de)最大偏差爲1.19%。
　　對電(diàn)磁流量計在分層(céng)注聚合物井中測(cè)調時流量測量偏(pian)差大的原因進行(háng)說明:分層注聚合(hé)物井測調用電磁(ci)流量計是采用自(zì)來水爲流動介質(zhi)進行标定,假設獲(huò)得其儀器常數爲(wei)K(包括層流和紊流(liu)兩種流态);在注聚(jù)井中電磁流量計(jì)和油管所形成的(de)環形流動空間中(zhong)隻有層流流态,假(jia)設電磁流量計在(zài)該流态下的儀器(qi)常數爲K',在注聚井(jing)中測量流量時是(shì)采用儀器常數K來(lai)計算注聚合物溶(rong)液在層流流态條(tiáo)件下的流量Q，并不(bu)是采用K'來計算注(zhu)聚合物溶液在層(céng)流流态條件下的(de)真實流量Q',根據上(shàng)述對電磁流量計(ji)在自來水中響應(yīng)規律分析、在聚合(he)物溶液中與自來(lái)水中響應規律對(dui)比分析可知,由于(yú)儀器常數K和儀器(qì)常數K'偏差10%以上,導(dǎo)緻計算流量Q和真(zhen)實流量Q'偏差-10%以上(shang)。
3注聚井測調用電(dian)磁流量計的标定(ding)方法及現場應用(yòng)效果
　　在對電磁流(liu)量計在自來水中(zhong)響應規律分析、在(zai)聚合物溶液中與(yǔ)自來水中響應規(guī)律對比分析的基(ji)礎之上，提出把油(you)管中标定介質爲(wèi)自來水,并且流量(liàng)小于45m³/d的測量數據(ju)劃分爲層流流态(tài)的測量數據,利用(yong)電磁流量計在自(zì)來水中層流流态(tai)的測量數據獲得(de)的方程來計算分(fen)層注聚合物井流(liu)量的方法。該方法(fa)的優點是無需對(dui)電磁流量計在聚(jù)合物溶液中進行(hang),隻需利用自來水(shui)爲流動介質對電(diàn)磁流量計進行标(biāo)定;不僅可以在油(you)田測試油氣水三(san)相流測井進行标(biāo)定,也可以在各監(jiān)測大隊以自來水(shui)爲流動介質.的簡(jian)易标定裝置上對(duì)電磁流量計進行(háng)标定,該标定方法(fǎ)簡單快速,标定速(sù)度提高30倍以上,可(ke)以完成1000支以上的(de)電磁流量計标定(ding)任務,可以滿足需(xu)求。
 
　　圖6分别爲對1#電(dian)磁流量計和2#電磁(ci)流量計利用在清(qing)水中層流流态的(de)測量數據獲得的(de)标定方程計算濃(nong)度爲1500mg/L聚合物溶液(ye)流量的相對誤差(chà)分布圖,1#電磁流量(liàng)計和2#電磁流量計(jì)最大相對誤差的(de)絕對值分别爲4.90%和(he)4.25%,符合流量測量誤(wu)差要求,證實本文(wen)提出的電磁流量(liàng)計新方法有效、可(ke)行。最後,對2支電磁(cí)流量計,通過開展(zhǎn)分層注聚合物井(jing)的現場測調試驗(yan),對所提出的分層(ceng)注聚合物井的電(diàn)磁流量計新方法(fa)進行驗證,以評價(jià)現場實際應用效(xiao)果。表2所示爲對2支(zhī)電磁流量計完成(cheng)的現場試驗情況(kuang)統計表,總共完成(cheng)分層注聚合物井(jǐng)現場試驗176口,全井(jǐng)注人流量小于50m³/d的(de)分層注聚合物井(jǐng)共45口,其中測量誤(wu)差小于5%的井占比(bi)95.6%;全井注人流量在(zai)50~100m³/d的分層注聚合物(wu)井共試驗73口其中(zhōng)測量誤差小于5%的(de)井占比95.9%;全井注人(rén)流量在100~200m³/d的分層注(zhù)聚合物井共試驗(yan)58口,其中測量誤差(chà)小于5%的井占比96.6%;現(xiàn)場試驗證明所提(tí)出的分層注聚合(he)物井的電磁流量(liang)計方法應用效果(guǒ)良好。
 
4結論
(1)電磁流(liú)量計在自來水中(zhong)響應規律分析表(biao)明,流态不同時會(huì)導緻對電磁流量(liàng)計标定獲得的儀(yi)器常數不同;電磁(ci)流量計在聚合物(wu)溶液中響應規律(lǜ)分析表明,電磁流(liú)量計響應規律受(shou)聚合物溶液濃度(dù)和黏度的影響很(hěn)小，可以忽略不計(jì);電磁流量計在聚(ju)合物溶液中與自(zi)來水中響應規律(lǜ)對比分析進一步(bu)表明，在不同介質(zhì)中時，流态的改變(biàn)會導緻電磁流量(liàng)計的儀器常數改(gǎi)變。
(2)合理的解釋了(le)電磁流量計在分(fèn)層注聚合物井中(zhōng)測調流量時測量(liang)偏差大的原因;進(jin)一步提出了利用(yong)電磁流量計在自(zì)來水中層流流态(tài)的測量數據獲得(dé)的标定方程來計(ji)算分層注聚合物(wu)井測量流量的新(xin)方法;室内實驗誤(wu)差分析表明該标(biāo)定新方法最大誤(wu)差的絕對值小于(yú)5%;現場試驗誤差統(tong)計分析表明,測量(liang)誤差小于5%的分層(céng)注聚合物井占比(bi)95%以上;室内實驗誤(wù)差分析和現場試(shì)驗誤差統計分析(xi)表明:本文提出的(de)分層注聚合物井(jǐng)流量測調用電磁(ci)流量計的标定新(xīn)方法有效、可行,該(gāi)标定方法标定效(xiao)率提高30倍以上,節(jiē)約标定成本,很好(hǎo)地滿足了實際需(xu)求。

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