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智能配注井下监测电磁流量计设计
分享(xiang)时间(jian)间(jian)隔:2022-2-21 08:40:40

摘要:针对目前油田分层配注井注人量的监测需求,研制一种基于电磁感应原理的电磁流量计,该流量计可长期置于油田智能配注井,进行注人量测量。介绍仪器工作原理、结构设计及仪器技术指标。室内实验表明,智能配注井井下电磁流量计在清水中标定具有很好的线性响应,仪器输出稳定,重复性好,测量结果准确。现场试验表明,应用电磁流量计进行智能配注井配注量监测,测试精度高,测量结果准确可靠,可真实反应井下注人情况,可以长期置于井下进行流量监测,能够满足测试需求。
0引言
  当油田开发进入中后期,分层注水驱油成为重要的开采手段。针对不同井况,采用分层开采技术,根据需要对多个油层同时注水,对不同的油层进行定量的配注。在现有的采油技术中,偏心注水是目前油田采用的最主要方法,虽然偏心注水工艺可以解决多级分层注水的问题,但传统的测调工艺方法工作量大、效率低,已经严重制约了注水技术的发展。智能配注是利用机电--体化技术,将流量监测、通信及自动控制系统置于井下智能配水器中,可对层段注人量、累积注人量实时监控,将注人量测试和调整结合起来,实现井下各层流量测试和自动调配-2。井下各层流量的精确测量是实现科学调配的关键。
  近年来电子流量计的推广使用,使注水井的分层测试效率、测试资料的准确性等都有很大提高。相对于其他的电子流量计,电磁流量计结构简单、无机械活动部件、无节流部件、测量范围宽、测量结果准确度高[34。在油田生产中,电磁流量计被广泛应用于注水井、注聚井的注人剖面测井,目前,电磁流量计也被用于油水两相流产出剖面测井,仪器工作稳定,测量数据重复性好测量结果准确可靠[5。因此,研制应用于油田智能配注井流量测试的电磁流量计尤为重要,可为智能调配提供可靠的流量数据。本文研制了一种可长期放置于智能配注井中的电磁流量计,该流量计能进行注人量测量,对其工作性能进行室内检测并进行水域中的标定。室内检测及现场应用试验表明,所研制的智能配注井电磁流量计具有良好的稳定性、重复性,线性响应好,可以长期置于井下定时的监测注水情况。
1仪器结构设计及测调工艺
1.1总体方案设计及测调工艺
  在油田井下流体流量测量中,由于井下注人流体复杂,管壁结垢现象严重,外流式电磁流量计受井壁变径影响,因此,仪器设计为内流式的电磁流量计结构[6],整体结构示意图见图1。将仪器与电缆相连接,电缆与井下管柱固定,仪器坐人配水器中,整体跟随管柱下人井下指定位置,通过配水器阀门开度调节注人量大小。对注水井进行测调时,给仪器供电,注水井中流体通过进液口流人仪器测量通道内,流经电磁流量传感器,电磁流量传感器随流量不同有相应的频率输出,流体经电磁流量传感器检测后,通过配水器水嘴流人地层。电磁流量计的测量信号经由测量电路处理,再通过电缆传人地面采集系统中,经地面采集软件处理可以直接读出流量测量结果。
  仪器进液口采用防护网设计,目的是防止井下杂物进人测量通道,可以避免大块杂物堵塞调节水嘴,同时消除杂物对感应电极的磨损,保证测量结果的准确性。考虑仪器需要长期放置于井下,为适应井下恶劣的条件,仪器外壳及感应电极等部件选用耐腐蚀材质,以提高井下仪器长期工作的稳定性,保证测量精度。
内流式电磁流量计结构设计图 
1.2测量传感器结构设计
  通过建立仿真模型,利用测量区域的样本平均值样本标准差、变异系数、磁场均匀长度和均匀区域等相关概念对电磁流量计内部磁场分布情况进行分析,对传感器的结构参数与内部磁场的关系进行研究,确定传感器的优化设计结构[7-8]。传感器结构示意图见图2,传感器采用双发射磁极与双测量电极的结构。测量电极与发射磁极两两相对均匀分布在管道圆周上,测量电极与仪器外壳相绝缘,与流体直接接触,磁极的励磁线圈内部包裹铁芯,用来产生交变磁场,导电流体从传感器测量通道内流过时切割磁力线并产生感应电动势。
 
1.3流道内径优化设计
  电磁流量计测量范围大,对于地面用电磁流量计(相同直径的传感器),满量程流速为0.3~15.0m/s,推荐的最佳测量速度为1~5m/s。计算不同管径电磁流量计测量的流量范围,根据计算结果选定合适的电磁流量计设计管径,电磁流量计管径、流速与流量关系计算结果见表1。由表1可见,为满足1~100m³/d流量测量范围要求,较佳的电磁流量计流道管径应该选择为10mm。为扩大流量测量范围,此次流道内径设计为12mm。根据流量的测量范围优化电磁流量传感器的结构,保证传感器的稳流长度。
 
1.4主要技术指标与性能特点
  电磁流量计的主要技术指标:外径28mm,长度650mm,耐温80℃,耐压35MPa,流量测量范围为0.5~120.0m³/d、精度为±3%。电磁流量计的主要性能特点:①采用内流式结构设计,不受井壁结垢及变径影响,测试结果更准确可靠;②电磁流量计电极采用防腐设计,可以提高井下仪器长期工作的稳定性,保证测量精度;③进液口采用防护网设计,防止异物进人测量通道对测量结果的影响,提高测量可靠性;④充分考虑测量电极前后的稳流段长度,避免流体流态对测量结果造成影响。
2室内检测及标定结果
2.1测量稳定性检测
  为了检测仪器工作性能,在现场应用前对仪器进行水域的标定及检测。将经过耐压检测后的仪器传感器全部浸人水中,通过室内给仪器供电,间隔10min记录仪器输出频率。仪器工作稳定性检测结果见表2,仪器在水中输出频率稳定,工作状态良好。
 
2.2仪器在室内水域中标定结果
  将仪器连接封隔装置放人标定井简中,封隔装置密封仪器外璧与井简内壁形成的环形空间,保证流体完全进人测量通道。给仪器供电进行流量调节,流量调节为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,记录每一流量点时的仪器输出频率,记录时间为2min。计算每一流量点时的仪器输出频率平均值,将数据进行线性拟合,得到仪器的标定检测结果图见图3,仪器的检测数据结果(见表3)。由图3可见,随着流量的增大,仪器输出频率线性增加,线性相关系数为0.9999979,显示出仪器具有良好的线性响应。由表3可见,在0.5~120.0m³/d流量范围内,仪器测量误差在±1%之内。
 
 
2.3仪器在室内水域重复性检测
  记录每一流量点时的仪器输出频率,在水中进行3次测量,仪器测量重复性结果见图4。由图4可见,3次测量结果基本重复。计算重复性误差,对同--流量点的3次测量仪器输出频率取平均值,以各流量点的平均输出频率值为横坐标,以流量为纵坐标进行线性拟合,得到线性拟合结果,将每一-次各流量点的输出频率代人拟合公式中进行测量流量的计算,将测量的流量与标准流量对比,计算满量程误差,得到误差分布(见图5)。最大重复性误差为0.65%,显示清水中3次测量结果具有良好的重复性。
 
3现场试验应用
  将仪器置人配水器中跟随管柱下人井下指定位置。注水井测调时,根据电磁流量计给出的实时测量结果调节注水井各层段的配注量。在大庆油田进行了现场测调试验,表4、表5分别为高XX-YY井、高AA-BB井7个层段的测调试验结果。表4中,高XX-YY井单层测调流量相对误差最大为5.25%,全井流量相对误差为4.13%;表5中,高AA-BB井单层测调流量相对误差最大为6.70%,全井流量相对误差为2.50%。2口井单层测调误差和合层误差.均满足测调要求。
 
  仪器于2017年6月随井下工具下井进行注人量调配测量,2018年5月22日从井下提出仪器,仪器在井下历经近1年时间,工作状态稳定,测量数据可靠,表明智能注人井电磁流量计可以长期放置于井下配水器中,对注水情况进行实时监测。流量测量结果可以真实反应井下流量情况,准确度高,可以配合注人井测调实现智能配注。
4结论
(1)实验表明,智能配注井井下电磁流量计在清水中具有很好的线性响应,仪器输出稳定、重复性好,测量结果准确,满量程误差在±1%之内。
(2)应用电磁流量计进行智能配注井配注量监测,可以真实反应井下情况,测量结果准确且测试精度高,可以满足测试需求。
(3)现场(chang)试(shi)验中,电(dian)磁(ci)流量(liang)计(ji)在井下(xia)稳定工作时间1年(nian)左右,初步达到(dao)设(she)计(ji)要求。需要继续进行(xing)现场(chang)试(shi)验,进--步验证电(dian)磁(ci)流量(liang)计(ji)在井下(xia)稳定工作的(de)时间,研究井下(xia)环(huan)境对电(dian)磁(ci)流量(liang)计(ji)的(de)影响。

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