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技術文章
分流式電磁流量計的結構及分流方法
閱讀次數：833 發布時間：2019/12/11 9:56:16
分流式電磁流量計的結構及分流方法
介紹了應用于油水兩相流流量測量的分流式電磁流量計的結構及分流方法，并用分流式電磁流量計在油水兩相流模擬井中進行了流量測量及標定實驗。實驗數據分析結果表明，分流式電磁流量計可以應用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流設計的電磁流量計相比，采取分流測量的方法能有效地降低電磁流量計的流量測量下限，拓寬了含水率應用范圍；采取分流設計后，低流量低含水時的儀器響應波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。該研究為電磁流量計在油水兩相流流量測量中的應用奠定了基礎。
0 引言
通過電磁流量計來測量流體流量由于無可動部件及阻流元件，被廣泛應用于地面單相、導電(如水)流體的流量測量[1]，也廣泛應用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中，重復性好，測量結果準確可靠[2。3]。近年嘗試將電磁法應用于油田產出剖面測井中測量油水兩相流的流量，室內實驗表明，在高含水H](含水率大于80％)的條件下，只要流過電磁流量傳感器的油水兩相流體達到足夠高的流速，即能達到理想的測量效果，能很好地進行油水兩相流的流量測量，但是在低流量時測量誤差大，而且在含水率低于50％的情況下，儀器響應頻率數據波動大，該方法不適于進行流量測量，限制了該方法的使用[sj。本文在原有的流量計基礎上，采取分流的方法，即通過減少測量傳感器內油量以提高含水率的方法，使儀器能更好地進行油水兩相流流量的測量，降低電磁流量計的流量測量下限，拓寬了含水率應用范圍。
1 分流式電磁流量計整體結構及分流比、進液口間距、分流管位置設計分流式電磁流量計機械結構設計見圖1。儀器到達測量點后，撐開集流器，密封儀器與井壁之間的環形空間，油水混合流體從下向上流動；在低流量時，由于滑脫作用使輕質相的油在傘布下聚集，當堆積到上進液口的位置時，上部的油相從上進液口處流人，流經儀器內壁與分流管形成的環形空間，受上封隔器的阻隔作用，油從下出液口流出，傘布下含有一部分油的水相受下封隔器的阻隔作用，從下進液口流入分流管，進入電磁流量傳感器流道，流經電磁流量傳感器，流體經電磁流量傳感器檢測后，由上出液口流出，完成流量測量。通過分流掉一部分油的方法使流經電磁流量傳感器內流體的含水率得到提高，有利于儀器進行流量測量。由于儀器在測井前需進行模擬井標定得到標定圖版，通過標定圖版進行流量計算，所以盡管進行了分流設計，不會影響流量的測量結果。
在分流方法設計中，分流比(儀器內壁與分流管形成的環形空間面積與儀器內部截面積之比)、進液口間距(上進液口下端與下進液口上端距離)、分流管位置(分流管下端所在位置)決定著分流效果，分流比的大小決定了分流掉的流體的多少，直接決定了流過傳感器流道內流體的流速，分流比過大，傳感器流道內流速低，不利于流量的測量；進液口間距決定了傘布下油堆積的高度，合適的分流管位置更有利于油的堆積。進液口間距及分流管位置決定了傳感器流道內含水率的大小，合適的進液口間距及分流管位置設計可以使流量傳感器流道內含水率得到提高，有利于流量的測量。通過用FLUENT流體仿真軟件進行流場仿真，得到優化的設計結果[6]：分流比設計為10％，上下進液口間距為30mm，分流管下端延伸到下進液口下端20 mm。
2模擬井實驗及結果
根據流體仿真結果進行了分流裝置的設計及加工，利用樣機進行了模擬井實驗研究，以確定分流式電磁流量計的分流效果。實驗所用集流器為布傘集流器。實驗中配給流量調節為0、5、10 m3／d至180 m3／d，調節流量以lO m3／d的間隔增加，各流量下含水率調節從100％開始，以10％的間隔遞減。圖2為1號樣機采用分流設計后在模擬井油水兩相流中的標定結果；圖3為1號樣機未分流時在模擬井油水兩相流中的標定結果。圖2顯示出分流后樣機應用的含水率下限可以達到30％，圖3顯示未分流時樣機應用的含水率下限為50％，可見分流后降低了樣機含水率應用的下限，拓寬了樣機應用的范圍。
圖4、圖5分別為樣機分流前后流量為10 m3／d含水率為90％、流量為70 m3／d含水率為30％時的儀器響應頻率波動情況。圖4、圖5均顯示出分流后儀器輸出頻率平穩、波動小，未分流時數據波動大，尤其在未分流情況下流量為70 m3／d含水率為30％時儀器輸出頻率有歸0現象，儀器已經不能正常工作，不適合應用電磁法進行流量測量。可見采取分流設計后，儀器響應頻率輸出平穩，更有利于儀器的測量。
為了解用清水標定的電磁流量計測量高含水油水兩相流的流量測量誤差情況，對測量相對誤差進行了計算。圖6、圖7分別為儀器分流前后的測量誤差分布情況。圖6顯示當流量高于40 m3／d、含水率高于60％時，流量測量相對誤差在±5％以內；圖7顯示當流量高于20 m3／d、含水率高于30％時，流量測量相對誤差在±5％以內，對比圖6、圖7更進一步表明采取分流設計的儀器拓寬了流量和含水率應用范圍。
圖8、圖9分別為分流前后儀器有效測量區間。由圖8、圖9可以明顯看出，流量不同時，儀器所適用的含水率范圍也不同，分流后儀器受流量和含水率的限制更小，適用范圍更大，很好地拓寬了流量和含水率適用下限。
3 結論
(1)分流式電磁流量計可以應用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流的電磁流量計相比，分流式電磁流量計的流量測量范圍更大，分流管的加入，提高了儀器對含水率的適應性。
(2)采取分流設計后，低流量低含水時的儀器響應波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。
介紹了應用于油水兩相流流量測量的分流式電磁流量計的結構及分流方法，并用分流式電磁流量計在油水兩相流模擬井中進行了流量測量及標定實驗。實驗數據分析結果表明，分流式電磁流量計可以應用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流設計的電磁流量計相比，采取分流測量的方法能有效地降低電磁流量計的流量測量下限，拓寬了含水率應用范圍；采取分流設計后，低流量低含水時的儀器響應波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。該研究為電磁流量計在油水兩相流流量測量中的應用奠定了基礎。
0 引言
通過電磁流量計來測量流體流量由于無可動部件及阻流元件，被廣泛應用于地面單相、導電(如水)流體的流量測量[1]，也廣泛應用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中，重復性好，測量結果準確可靠[2。3]。近年嘗試將電磁法應用于油田產出剖面測井中測量油水兩相流的流量，室內實驗表明，在高含水H](含水率大于80％)的條件下，只要流過電磁流量傳感器的油水兩相流體達到足夠高的流速，即能達到理想的測量效果，能很好地進行油水兩相流的流量測量，但是在低流量時測量誤差大，而且在含水率低于50％的情況下，儀器響應頻率數據波動大，該方法不適于進行流量測量，限制了該方法的使用[sj。本文在原有的流量計基礎上，采取分流的方法，即通過減少測量傳感器內油量以提高含水率的方法，使儀器能更好地進行油水兩相流流量的測量，降低電磁流量計的流量測量下限，拓寬了含水率應用范圍。
1 分流式電磁流量計整體結構及分流比、進液口間距、分流管位置設計分流式電磁流量計機械結構設計見圖1。儀器到達測量點后，撐開集流器，密封儀器與井壁之間的環形空間，油水混合流體從下向上流動；在低流量時，由于滑脫作用使輕質相的油在傘布下聚集，當堆積到上進液口的位置時，上部的油相從上進液口處流人，流經儀器內壁與分流管形成的環形空間，受上封隔器的阻隔作用，油從下出液口流出，傘布下含有一部分油的水相受下封隔器的阻隔作用，從下進液口流入分流管，進入電磁流量傳感器流道，流經電磁流量傳感器，流體經電磁流量傳感器檢測后，由上出液口流出，完成流量測量。通過分流掉一部分油的方法使流經電磁流量傳感器內流體的含水率得到提高，有利于儀器進行流量測量。由于儀器在測井前需進行模擬井標定得到標定圖版，通過標定圖版進行流量計算，所以盡管進行了分流設計，不會影響流量的測量結果。
在分流方法設計中，分流比(儀器內壁與分流管形成的環形空間面積與儀器內部截面積之比)、進液口間距(上進液口下端與下進液口上端距離)、分流管位置(分流管下端所在位置)決定著分流效果，分流比的大小決定了分流掉的流體的多少，直接決定了流過傳感器流道內流體的流速，分流比過大，傳感器流道內流速低，不利于流量的測量；進液口間距決定了傘布下油堆積的高度，合適的分流管位置更有利于油的堆積。進液口間距及分流管位置決定了傳感器流道內含水率的大小，合適的進液口間距及分流管位置設計可以使流量傳感器流道內含水率得到提高，有利于流量的測量。通過用FLUENT流體仿真軟件進行流場仿真，得到優化的設計結果[6]：分流比設計為10％，上下進液口間距為30mm，分流管下端延伸到下進液口下端20 mm。
2模擬井實驗及結果
根據流體仿真結果進行了分流裝置的設計及加工，利用樣機進行了模擬井實驗研究，以確定分流式電磁流量計的分流效果。實驗所用集流器為布傘集流器。實驗中配給流量調節為0、5、10 m3／d至180 m3／d，調節流量以lO m3／d的間隔增加，各流量下含水率調節從100％開始，以10％的間隔遞減。圖2為1號樣機采用分流設計后在模擬井油水兩相流中的標定結果；圖3為1號樣機未分流時在模擬井油水兩相流中的標定結果。圖2顯示出分流后樣機應用的含水率下限可以達到30％，圖3顯示未分流時樣機應用的含水率下限為50％，可見分流后降低了樣機含水率應用的下限，拓寬了樣機應用的范圍。
圖4、圖5分別為樣機分流前后流量為10 m3／d含水率為90％、流量為70 m3／d含水率為30％時的儀器響應頻率波動情況。圖4、圖5均顯示出分流后儀器輸出頻率平穩、波動小，未分流時數據波動大，尤其在未分流情況下流量為70 m3／d含水率為30％時儀器輸出頻率有歸0現象，儀器已經不能正常工作，不適合應用電磁法進行流量測量。可見采取分流設計后，儀器響應頻率輸出平穩，更有利于儀器的測量。
為了解用清水標定的電磁流量計測量高含水油水兩相流的流量測量誤差情況，對測量相對誤差進行了計算。圖6、圖7分別為儀器分流前后的測量誤差分布情況。圖6顯示當流量高于40 m3／d、含水率高于60％時，流量測量相對誤差在±5％以內；圖7顯示當流量高于20 m3／d、含水率高于30％時，流量測量相對誤差在±5％以內，對比圖6、圖7更進一步表明采取分流設計的儀器拓寬了流量和含水率應用范圍。
圖8、圖9分別為分流前后儀器有效測量區間。由圖8、圖9可以明顯看出，流量不同時，儀器所適用的含水率范圍也不同，分流后儀器受流量和含水率的限制更小，適用范圍更大，很好地拓寬了流量和含水率適用下限。
3 結論
(1)分流式電磁流量計可以應用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流的電磁流量計相比，分流式電磁流量計的流量測量范圍更大，分流管的加入，提高了儀器對含水率的適應性。
(2)采取分流設計后，低流量低含水時的儀器響應波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。
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