用于油水两相流流量测量的分流式电磁流量计

2013-12-03张玉辉刘兴斌胡金海李屹威黄春辉

测井技术 2013年1期

张玉辉，刘兴斌，胡金海，李屹威，黄春辉

（大庆油田测试技术服务分公司，黑龙江大庆163453）

0 引言

电磁法测量流体流量由于无可动部件及阻流元件，被广泛应用于地面单相、导电（如水）流体的流量测量［1］，也广泛应用于油田注水井、注聚井的注入剖面测井中，重复性好，测量结果准确可靠［2－3］。近年尝试将电磁法应用于油田产出剖面测井中测量油水两相流的流量，室内实验表明，在高含水［4］（含水率大于80%）的条件下，只要流过电磁流量传感器的油水两相流体达到足够高的流速，即能达到理想的测量效果，能很好地进行油水两相流的流量测量，但是在低流量时测量误差大，而且在含水率低于50%的情况下，仪器响应频率数据波动大，该方法不适于进行流量测量，限制了该方法的使用［5］。本文在原有的流量计基础上，采取分流的方法，即通过减少测量传感器内油量以提高含水率的方法，使仪器能更好地进行油水两相流流量的测量，降低电磁流量计的流量测量下限，拓宽了含水率应用范围。

1 分流式电磁流量计整体结构及分流比、进液口间距、分流管位置设计

分流式电磁流量计机械结构设计见图1。仪器到达测量点后，撑开集流器，密封仪器与井壁之间的环形空间，油水混合流体从下向上流动；在低流量时，由于滑脱作用使轻质相的油在伞布下聚集，当堆积到上进液口的位置时，上部的油相从上进液口处流入，流经仪器内壁与分流管形成的环形空间，受上封隔器的阻隔作用，油从下出液口流出，伞布下含有一部分油的水相受下封隔器的阻隔作用，从下进液口流入分流管，进入电磁流量传感器流道，流经电磁流量传感器，流体经电磁流量传感器检测后，由上出液口流出，完成流量测量。通过分流掉一部分油的方法使流经电磁流量传感器内流体的含水率得到提高，有利于仪器进行流量测量。由于仪器在测井前需进行模拟井标定得到标定图版，通过标定图版进行流量计算，所以尽管进行了分流设计，不会影响流量的测量结果。

图1 分流式电磁流量计结构示意图

在分流方法设计中，分流比（仪器内壁与分流管形成的环形空间面积与仪器内部截面积之比）、进液口间距（上进液口下端与下进液口上端距离）、分流管位置（分流管下端所在位置）决定着分流效果，分流比的大小决定了分流掉的流体的多少，直接决定了流过传感器流道内流体的流速，分流比过大，传感器流道内流速低，不利于流量的测量；进液口间距决定了伞布下油堆积的高度，合适的分流管位置更有利于油的堆积。进液口间距及分流管位置决定了传感器流道内含水率的大小，合适的进液口间距及分流管位置设计可以使流量传感器流道内含水率得到提高，有利于流量的测量。通过用FLUENT流体仿真软件进行流场仿真，得到优化的设计结果［6］：分流比设计为10%，上下进液口间距为30mm，分流管下端延伸到下进液口下端20mm。

2 模拟井实验及结果

根据流体仿真结果进行了分流装置的设计及加工，利用样机进行了模拟井实验研究，以确定分流式电磁流量计的分流效果。实验所用集流器为布伞集流器。实验中配给流量调节为0、5、10m3／d至180m3／d，调节流量以10m3／d的间隔增加，各流量下含水率调节从100%开始，以10%的间隔递减。

图2为1号样机采用分流设计后在模拟井油水两相流中的标定结果；图3为1号样机未分流时在模拟井油水两相流中的标定结果。图2显示出分流后样机应用的含水率下限可以达到30%，图3显示未分流时样机应用的含水率下限为50%，可见分流后降低了样机含水率应用的下限，拓宽了样机应用的范围。

图4、图5分别为样机分流前后流量为10m3／d含水率为90%、流量为70m3／d含水率为30%时的仪器响应频率波动情况。图4、图5均显示出分流后仪器输出频率平稳、波动小，未分流时数据波动大，尤其在未分流情况下流量为70m3／d含水率为30%时仪器输出频率有归0现象，仪器已经不能正常工作，不适合应用电磁法进行流量测量。可见采取分流设计后，仪器响应频率输出平稳，更有利于仪器的测量。

为了解用清水标定的电磁流量计测量高含水油水两相流的流量测量误差情况，对测量相对误差进行了计算。图6、图7分别为仪器分流前后的测量误差分布情况。图6显示当流量高于40m3／d、含水率高于60%时，流量测量相对误差在±5%以内；图7显示当流量高于20m3／d、含水率高于30%时，流量测量相对误差在±5%以内，对比图6、图7更进一步表明采取分流设计的仪器拓宽了流量和含水率应用范围。

图8、图9分别为分流前后仪器有效测量区间。由图8、图9可以明显看出，流量不同时，仪器所适用的含水率范围也不同，分流后仪器受流量和含水率的限制更小，适用范围更大，很好地拓宽了流量和含水率适用下限。