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        智能電磁流量計

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        智能電磁流量計在聚合物中響應特性研究

        來源:作者:發表時間:2017-09-15 10:33:36

                 摘要:隨著油田開發的不斷深入,二三類油層開發開始成為油田增產的重點,由于二三類油層具有注入量低,小層注入量不穩定的特點,需要高精度,高分辨率的儀器來完成,二三類油層的注入剖面的準確測量。智能電磁流量計由于測量精度高線性度好,推廣兩年以來在籠統井注入剖面測井上取得了很好的測井效果,有效解決了二、三類油層注入剖面測量的問題。目前智能電磁流量計的日常校準是在清水介質中完成的,而智能電磁流量計用于了注水,注聚,注三元籠統井的注入剖面測井工作,三種介質流動特性各不相同,因此需要研究其在聚合物等介質中的響應規律,指導生產應用。同時由于智能電磁流量計大量應用于低注入量井,集流壓差是否會對各吸水層的吸水條件造成影響也是需要了解的問題。本文運用 Z 值法對聚合物在智能電磁流量計內流道中的流型過渡界限進行了計算。通過標定實驗,驗證了理論計算結果,考察了儀器在不同介質中頻響特性。在此基礎上提出了注聚合物井測井施工中智能電磁流量計 K 值的校正方法,提高了測井的準確性。
         
        1 引 言
               在油田開發中,注入剖面測井是一項十分重要的工作。在注入井監測上主要有電磁流量測井、注入剖面五參數測井、氧活化測井、連續相關測井等手段,不同測井項目具有不同的適應性 。目前,籠統井注入剖面測井主要使用外流式電磁流量計進行測井,外流式電磁流量計在注入量高,井況好的注入井中具有較好的測量效果,由于儀器分辨率低,在注入量低的井中無法有效分辨各層的吸水情況。在井內粘污嚴重,尤其是注聚井內有粘污導致套管縮徑的情況下,還會使外流式電磁流量計的測量結果出現較大的誤差 [6] 。受限于外流電磁流量計的結構,對儀器進行改進所取得的效果十分有限 [7] 。在電磁流量測井過程中進行井徑校正 [8] ,需要加掛儀器同時非常規的井徑測量辦法目前尚不成熟。因此,需要一種新型的儀器以滿足低注入量籠統井注入剖面尤其是注聚剖面的精細測量工作。三暢智能電磁流量計由于測量精度高線性度好,在籠統井注入剖面測井上取得了很好的測井效果。有效解決了
        二、三類油層注入剖面測量的問題。目前智能電磁流量計的日常校準是在清水介質中完成的,而三暢智能電磁流量計用于了注水,注聚,注三元籠統井的注入剖面測井工作,三種介質流動特性各不相同,因此需要研究其在聚合物等介質中的響應規律,指導生產應用。同時由于三暢智能電磁流量計大量應用于低注入量井,集流壓差是否會對各吸水層的吸水條件造成影響也是需要了解的問題。
         
        2 聚合物在儀器測量通道中流型的判斷
         
                對于被測量流體的不同流型,其流動規律差別很大,對儀器的輸出也有較大影響,因此,必須首先判斷出流型,才能對儀器進行正確刻度,保證其測量的精度。儀器測量通道為圓管,根據非牛頓流體力學理論 [9] ,聚合物的流動特性符合冪律流體的特性。以冪律流體在圓管中的流動特性為基礎,可以運用 Z 值法來判斷聚合物在圓管中的流態。判斷冪律流體在圓管中流型的計算公式如下所示。
        20170915103709.jpg
                其中 Z 為判斷流體流態的準數,D 為圓管直徑,ρ 為流體密度,K 為流體的稠度系數,n 為流體的流性指數,μ AV 為平均流速。
         
                對于聚合物等非牛頓流體在Z<808時流態為層流,在 Z>808 時流態為紊流。本次實驗中聚合物濃度為 1000ppm,
         
                密度 ρ=1000kg/m 3 ,稠度系數 K=0.094,流性指數 n=0.56 [10] ,儀器內流道直徑 D=20×10 -3 m。由此可以計算出聚合物從層流變化為紊流的流量界限為 26.75m 3 /d,在兩種流態下儀器具有不同的儀器常數。隨著聚合物溶液濃度升高,層流與紊流過渡的臨界流量降低。
         
        3 智能電磁流量計在聚合物中的響應特性
         
                為確定三暢智能電磁流量計在聚合物中的響應特性和集流器的集流壓差在模擬井系統上設計了流量標定實驗。在模擬井中分別在清水和三種不同濃度的聚合物介質中對智能電磁流量計進行標定并測量了集流壓差。
         
        3.1 儀器在清水介質中的響應特性
                在清水中三暢智能電磁流量計在全量程內具有很好的線性,線性度達到 0.9998 (如圖 1 所示),儀器全量程測量精度達到0.8%。在低流量段(10 m3/d 以下)也具有極高的精度(如圖 2 所示)。
        在清水中集流式電磁流量計在全量程 內具有很好的線性
        圖 1 集流式電磁流量計校準曲線(清水)
        Fig. 1 Calibration curve of Flow-concentrating
        Electromagnetic Flow meter (Water)
        集流式電磁流量計校準曲線(清水、低流量)
        3.2 儀器在聚合物介質中的響應特性
                儀 器 在 注 聚 合 物 介 質 ( 濃 度 為1000ppm)中的實際響應見圖 3,在 26m 3 /d 測量點左右的曲線斜率發生變化,與理論計算流型發生變化的流量一致,流型從層流過度到紊流,給儀器的頻率響應特性造成影響,故儀器頻率響應特性出現了斜率變化。
         
                對標定數據進行分段線性回歸,即將0 m 3 /d~26 m 3 /d 的測量點的數據作為一組進行線性回歸,其余的測量點的數據作為另一組進行線性回歸,處理后得到兩個線性方程,結果如圖 4 所示。采用分段線性回歸后,兩段響應曲線的線性度均達到0.999 以上,儀器精度達到 1.09% F.S.。
        集流電磁流量校準曲線(聚合物,分段回歸)
        3.3 儀器在不同濃度聚合物介質中的響應差別
                在聚合物溶液中儀器在 0 m 3 /d ~70m 3 /d 范圍內具有較好的線性度和較高的精度。(如圖 5 所示)。儀器在不同濃度的聚合物中的頻率響應特性也趨于一致。儀器在聚合物介質中的零流量輸出頻率與清水中的零流量輸出頻率一致誤差在±1Hz。
        集流式電磁流量計在不同濃度聚合物中的響應特
        3.4 清水標定測量結果的校正
                目前在用的儀器全部在清水介質中進行標定,必須進行儀器常數的校正。根據標定結果和理論計算得出:當聚合物流量低于 26.75m 3 /d 時,儀器的 K 值與清水中的 K 值相近,可直接用清水刻度數據進行計算;當聚合物流量高于 26.75m 3 /d 時,儀器的 K 值低于清水中的 K 值,K 聚 /K 水=k。將儀器在清水中標定所得的刻度系數K 值乘以一固定系數即得到儀器在聚合物中的 K 值即 K 聚 =k×K 水 ,由此可以得到流量校正公式:Q 聚 =(f 聚 -b 聚 )/(K 水 ×k)。運用此公式處理流量為 26.75m 3 /d 以上的儀器輸出頻率可得到更為準確的結果。
         
        3.5 集流壓差影響分析
                通過在儀器集流器上下加掛兩只堵塞式壓力計,記錄了儀器標定過程中集流前后壓力的變化,見圖 6,集流傘在測井過程中造成的集流器前后壓差隨著流量的增加而增加,但都很小。對應 0~130m 3 /d 的流量變化,在清水介質中壓差變化為0MPa~0.02MPa,在注聚合物介質中集流壓差變化為 0MPa~0.035MPa。由此可以確定,在測井過程中由于集流傘張開所帶來的壓力影響極小,不會對井內各層的吸水情況造成影響。
         
        4 結 論
               1、智能電磁流量計在清水中具有很高的精度和線性度。
               2、智能電磁流量計在聚合物介質中在 0 m 3 /d ~70 m 3 /d 范圍內具有較高的精度和線性度。儀器在不同濃度的聚合物溶液中的頻率響應趨于一致,同一流量點儀器在聚合物中的輸出頻率要高于在清水中的輸出頻率。
         
               3、儀器測量聚合物時,在量程范圍內流型發生了變化,儀器響應特性發生變化。
               4、用清水標定儀器,測量聚合物流量時,應對 K 值進行校正。
               5、儀器在測井過程中集流壓差較低僅為 0.02MPa~0.035MPa,在開傘測井的過程中對井中注入壓力影響十分微小。
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