电磁流量测井仪在油水两相流中实验研究

刘艳玲 张玉辉 张刘洋

（大庆油田测试技术服务分公司 黑龙江 大庆）

0 引言

利用电磁感应原理测量流量是众多流量测量方法中最为普遍的方法之一[1,2]。电磁流量计具有结构简单无机械活动部件、无节流部件、测量精度高、实用可靠、寿命长等优点，其测量不受环境及流体自身特性的影响。本文尝试将电磁法测量流量应用在产出剖面测井当中，在模拟井中利用电磁流量计对油水两相流进行流量测量，并对实验所得数据波动性以及含水率与频率响应的关系进行分析处理。在油水两相流的流量测量中，传感器受到油相的干扰，影响测量的准确度。实验证明，在同一含水率下仪器频率响应随着流量的变化呈线性关系。流量和含水率越高，仪器的频率响应受到油相的干扰越小，测量结果准确度越高。同时为了减少油相对测量结果准确性的影响，提出了分流式设计。

1 仪器结构

内流式电磁流量测井仪实验样机采用集流的测量方式[3]，流量传感器采用内流式电磁流量传感器。采用集流的方式提高了混合流体的流速使得电磁流量传感器随着流量的变化有平稳的仪器输出频率。如图1所示，仪器到达测量点后，撑开集流器，密封仪器与套管之间的环形空间，使得油水两相混合流体由进液口流入，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，油水混合流体经电磁流量传感器检测后，由出液口流出，完成流量测量。

图1 内流式电磁流量测井仪结构示意图

2 模拟井实验及数据分析

为了认识集流条件下电磁流量计在油水两相流条件下的响应规律，在模拟井垂直条件下进行了实验研究，实验所用集流器为布伞集流器。实验中流量变化为0～100 m3/d，每10 m3/d一间隔点，含水率变化为50%～100%，以10%为间隔。5 m3/d以下的小流量采用了更细致的取样点。

2.1 油水两相流实验及结果

图2为电磁流量测井仪在油水两相流不同含水率下仪器标定结果。图2显示在不同含水率下，随着流量的增大，仪器频率响应仍成线性关系，频率响应值在清水值上下浮动，测量结果有很好的重复性。

图2 油水两相流标定结果

2.2 含水率与频率响应的关系分析

图3 频率与流量和含水率关系图

2.3 实验数据波动性分析

图4显示在流量70 m3/d含水分别为90%与50%的仪器频率响应。从图上可以看出在相同的坐标下，仪器频率输出值在平均值上下跳动，含水50%的仪器频率响应波动性明显比含水为90%时数据波动性大。

图4 流量70 m3/d含水率90%与50%数据对比

图5 流量50 m3/d不同含水率下实验数据

图5给出了流量为50 m3/d，不同含水率下的仪器频率响应情况。仪器的频率响应围绕着全水值上下波动。随着含水率的降低仪器频率响应的波动性越大。

以标准偏差来反应仪器频率响应的波动性，图6给出流量为60 m3/d，不同含水下测得的实验数据的标准偏差。随着含水率的降低，所测得仪器频率响应的标准偏差越大，数据波动性越大，在40%时标准偏差达到50以上，已经不能满足测量要求。表一给出的是不同流量、含水率下仪器频率响应离散性情况。在含水大于80%的情况下仪器的频率响应标准偏差相对误差在1.5%以上。

图6 流量60 m3/d不同含水率标准偏差

表1 仪器频率响应标准偏差相对误差

由上可以得出，仪器的频率响应随着流量和含水率的变化而变化。流量增大含水率变大仪器的频率响应越好，数值波动性越小。电磁法测量流量是将油水混合物看做导体，实际中，当低流量时流道中油水分布不均匀，特别是低含水的情况下油水混合物不能视为连续流动的导体，影响仪器测量的准确性。在同一流量下随着含水率的降低，两相流中油的含量增高，油对测量结果的影响越来越大，由于油的非导电性，随着油的影响增大测量结果的准确性降低，最终导致测量结果失真。

图7 电磁流量测井仪油水两相流流量测量相对误差

图7给出了电磁流量测井仪在油水两相流流量测量中的标准偏差，仪器在含水率大于70%流量50 m3/d时，测量相对误差在5%以内，测量结果随着流量的降低测量含水率下限升高。

应用电磁流量测井仪测量油水两相流流量。将油水两相流视为连续性导体。在实际测量中，油为非导体，含油的多少直接影响测量结果的准确性。传感器流道中流速的高低、流行决定了油水混合程度、状态，都对测量结果存在着影响。这里提出一种分流式装置，利用滑脱效应使油水在集流过程中分离，使油水在不同流道流出，流经传感器流道中水占主要，减少油对传感器的影响。

3 结论

1）在集流的条件下，应用电磁流量测井仪测量流量，在高含水的条件下取得了很好的效果。在流速0.83m3/h～3.75m3/h含水大于50%时，测得流量值满足测量要求。仪器响应波动性好，测量结果不受含水率影响，与在清水中标定的结果重复性好。在高流量高含水的垂直井中进行流量测量时，用内流式电磁流量测井仪在清水中的标定结果计算油水两相流中的测量流量，其误差在±5%以内。

2）在小流量低含水的情况下，仪器响应波动性大，不能满足测量要求。提出分流式设计[4]，减少测量过程中油对测量结果的影响，可降低仪器测量下限，提高仪器测量精度。

[1]胡金海，刘兴斌，周家强，等.电导相关流量测井仪的现场应用[J].测井技术，2004，28（2）

[2]蔡武昌，马中元，翟国芳，等.电磁流量计[M].北京：中国石化出版社，2004

[3]张玉辉，刘兴斌，单福军，等.电磁法测量高含水油水两相流流量实验研究[J].测井技术，2011，38（3）

[4]张玉辉，刘兴斌，胡金海，等.用于油水两相流流量测量的分流式电磁流量计[J].测井技术，2013，37（1）