摘要:電(diàn)磁流量在油(yóu)田開發中主(zhǔ)要應用于水(shuǐ)井的分層流(liú)量測⛷️試和驗(yàn)漏。電磁流量(liang)計 受到測井(jǐng)環境、套管狀(zhuang)況、井内流體(ti)性質等因素(su)的影響,會🔴出(chū)現示值偏差(chà),介紹電磁流(liú)量計原理，同(tong)時就影響流(liu)量計🐪測井的(de)幾個因素進(jin)行了淺析,對(duì)油田後期開(kai)發測井生産(chǎn)有指導作用(yòng)。
1前言
　　吸水剖(pou)面測井資料(liào)是油田測井(jǐng)不可缺少的(de)動态❓監🐕測資(zī)料，當油田開(kai)發進人中後(hòu)期,正确掌握(wo)注.水井各小(xiǎo)層的吸水情(qíng)🙇‍♀️況能🏃‍♀️夠爲油(you)藏中和調整(zhěng),挖潛增效提(tí)🔞供可靠的數(shù)據。
　　目前進行(hang)的分層流量(liang)測井是通過(guò)直讀式電磁(ci)流量計下人(ren)注水井中，在(zài)正常配注情(qing)況下測取水(shui)井各個層位(wèi)對于✏️注人水(shuǐ)的分配比例(lì),從而根據測(cè)量結果對⚽水(shui)井進行調剖(pōu)🌏堵水，提高注(zhù)人水在各個(gè)層🐪位的波及(ji)系數,提高油(you)層的驅油效(xiao)率,從而提高(gāo)采收率。電磁(cí)流量計是随(sui)着電子技術(shu)的發展而迅(xun)速發展起來(lai)的基❓于法拉(lā)第電磁感應(ying)定理的用來(lai)測量導電性(xìng)液體體積流(liú)量的儀表。與(yǔ)其它流量測(ce)量儀表相比(bi)，電磁流量🚶計(ji)具有一-些突(tū)出的優點:測(cè)量😘有導電性(xìng)的介質的流(liu)量不受其溫(wen)度、豁度、密度(dù)、壓力等物理(lǐ)參數的影響(xiǎng);無機械慣性(xing),反映靈敏,可(kě)測瞬時脈動(dòng)流.量;直線性(xìng)好，測量精度(du)高,測量範圍(wéi)寬，耐腐蝕性(xìng)能強等等,因(yīn)此在衆🐕多的(de)流量儀表中(zhong),電磁流量計(ji)成爲發展最(zuì)快的流量儀(yi)表之一。.
2電磁(ci)流量計測量(liàng)原理
　　直讀電(diàn)磁流量計的(de)測量原理基(ji)于法拉第電(diàn)磁感應㊙️定律(lü)📞。電磁流量計(ji)的測量原理(lǐ)如圖1所示,當(dāng)流體在磁場(chǎng)中作切🌈割磁(ci)力線運動時(shí),流體中帶電(dian)粒子受羅侖(lun)磁力的作用(yong)将感應出與(yǔ)流速成正比(bǐ)的感應電動(dong)勢，當流速分(fèn)🌐布相對于測(cè)量管中心軸(zhou)對稱☀️時,電極(jí)檢測🥰到的流(liú)量信📐号将與(yu)被測🌈流體的(de)平均流速成(chéng)正比⛷️,然後求(qiu)得液體的體(ti)積流量。
 
　　電磁流量(liang)計儀器的内(nei)部結構如圖(tu)2所示。在均勻(yun)磁場中,安☂️置(zhi)--根非導磁材(cai)料制成的内(nei)徑爲d且在内(nei)壁🐉襯有🐇絕緣(yuán)材料的測量(liang)導管。當導電(diàn)液體在.測量(liàng)導管流動時(shi),将作切割磁(cí)力線運動。假(jia)設所有液體(tǐ)質點都以平(píng)均流速V運動(dòng),液流速度在(zài)整個測量導(dǎo)管💔的截面上(shang)是均勻一緻(zhì)的。把液體看(kàn)成許多.直徑(jìng)爲d且連續運(yùn)動着的薄圓(yuán)盤結構,薄盤(pán)等效于長度(dù)爲💃🏻d的導電體(ti),其切割磁力(lì)線的速度相(xiàng)當于V。由電磁(ci)感應原理可(ke)知,在液體薄(bao)圓盤内将産(chǎn)生連續的感(gan)應電動勢E:
 
式(shì)中:E一感應電(dian)動勢(V);
B一磁感(gan)應強度(T);
d一測(cè)量導管直徑(jìng)(cm);
V一被測液體(tǐ)的平均流速(sù)(cm/s)。
　　感應電動勢(shi)E可通過位于(yu)測量導管直(zhi)徑兩端的一(yī)對電極輸出(chu)。E的方向垂直(zhi)于液體流向(xiàng)和磁力線方(fang)向,可⭕用右手(shou)定則判斷。
通(tong)過導管的流(liu)量q爲
 
　　由上式(shì)可知,對于帶(dai)電粒子均勻(yún)分布的流體(ti),當磁㊙️場強度(dù)一定時,感應(ying)電壓與流體(tǐ)的流速成線(xian)性關系,與流(liu)體的溫度、壓(ya)力、密度和粘(zhān)度等物理參(can)數無關,所以(yǐ)電磁流量計(ji)具有許多🔞其(qí)它機👉械式流(liú)量計無可比(bǐ)拟的優點，能(néng)實現大量程(chéng)範圍的精度(du)高測量。直讀(du)式電磁流量(liàng)計原🏃理框圖(tú)如圖🚩3所示。
 
　　當(dāng)磁感應強度(dù)B保持常數時(shí),被測流體的(de)體積流量q與(yu)感應電動🔞勢(shì)E成正比。即
 
　　式(shì)(4)是在均勻直(zhi)流磁場條件(jian)下導出的。由(yóu)于直流磁場(chang)使♉管道💞中的(de)導電液體電(diàn)解,電極極化(hua),所以會影響(xiǎng)測量的精度(dù)。因此🛀🏻通常采(cǎi)用交流磁場(chǎng)工作,交流磁(ci)場的磁感應(yīng)強度B表示爲(wei):
 
　　式(8)說明,當d一(yi)定及磁感應(yīng)強度B保持常(chang)數時，被測流(liú)體的體🥵積🔴流(liu)量q與兩極間(jian)的電動勢E成(cheng)正比，由此可(ke)以得到被測(cè)流體的流量(liang)。
　　電磁流量計(ji)主要用于測(ce)量電導率大(da)于10-4/cm·Ω的單相流(liú)體。不☎️适用氣(qì)🌈體、蒸汽。可進(jìn)行雙向流動(dong)測量。對儀表(biao)前後🔱直管段(duàn)的要求不高(gāo),不受流體的(de)溫度、壓力、密(mi)❗度、粘度等參(cān)數的影響😍。但(dan)被測🈲流體内(nèi)不應有不均(jun)勻的氣體和(hé)固體,不應有(yǒu)大量的磁性(xìng)物質。
 
3重29電磁(ci)流量計響應(yīng)影響因素分(fèn)析
　　電磁流量(liang)計常被用來(lái)測量管道中(zhōng)導電流體的(de)流量,不🛀管🌈流(liú)體的性質如(rú)何，隻要其具(jù)有微弱的導(dǎo)電性(電導率(lǜ)💚＞8X10-5m/s)即可進行測(ce)量。通常油田(tián)注人的聚合(hé)物混合液的(de)導電性能良(liáng)😘好,符合這種(zhong)測量條件。
　　電(dian)磁流量計自(zi)從商品化以(yi)來,其技術進(jìn)步十分明顯(xiǎn),新材料、新設(she)計尤其是采(cai)用了大規模(mo)集成電路、單(dan)片㊙️機和計算(suan)機,其㊙️技術性(xìng)能指标和功(gōng)能都有很大(da)提高,特别是(shì)抗幹擾能力(lì)、可靠性和穩(wen)定性的改善(shan)尤爲明♋顯。從(cóng)以上推導的(de)表🌈達式看,感(gan)應電壓與流(liu)體的流速成(cheng)線性關系，似(si)乎與其它因(yin)素無關。事🏃實(shi)上,客觀條件(jian)的限制導緻(zhì)了🙇‍♀️電磁流量(liang)計還♌受到以(yi)下因素的影(yǐng)響,影響大時(shi)流量計甚至(zhì)不能正常工(gōng)作,具體分析(xī)如下;
3.1流速分(fen)布影響
　　當流(liú)速分布相對(dui)于測量管中(zhōng)心軸對稱時(shí),電極檢測到(dào)的流量信号(hao)将與被測流(liu)體的平均流(liú)速成正.比。當(dang)流速分布相(xiàng)對管中💚心爲(wèi)非軸對稱時(shi),還用，上述公(gong)式計算流量(liàng)時将會産生(sheng)💯測量誤差。因(yin)爲電極上得(de)到的感生電(dian)動勢是測量(liang)管内所有😘液(ye)體共同貢獻(xiàn)的結果,每一(yī)個流體質點(dian)都有貢獻。由(you)于各個流體(tǐ)質點相對于(yú)電極的幾何(hé)位置不同,即(jí)使各質點速(sù)度一樣,它們(men)‼️對電動🤟勢的(de)貢獻也是不(bú)同的。越㊙️靠近(jìn)電極的質點(diǎn)對⛱️電動勢的(de)貢獻越大。也(ye)就是說,電極(ji)附近的感應(ying)電動🌈勢較大(dà),與兩電極平(ping)面成90度的地(dì)方的流體産(chan)生的感應電(dian)動勢就小。如(ru)果電極附近(jìn)的流速非軸(zhóu)對稱偏大，測(ce)得的流量信(xin)号就比📐實際(ji)流量值大;反(fǎn)之,電極附近(jin)的流速非軸(zhóu)對稱偏小,測(ce)得的流量信(xìn)号也就偏小(xiǎo)。爲了消‼️除🆚由(yóu)于流速分布(bù)而産生的測(cè)量誤差,在電(dian)磁流量傳感(gǎn)器前🈲應有--定(ding)長度的直管(guan)段,以保證流(liu)速的軸對稱(cheng)分布。
3.2磁場邊(biān)緣效應影響(xiǎng)
　　由前述可知(zhī),電磁流量計(jì)的基本表達(da)式是在假.定(dìng)沿流體👈的流(liu)動方向，上磁(ci)場始終是均(jun)勻爲前提下(xia)推導💚而得到(dao)的🎯。這就🔅意味(wei)着沿管軸方(fang)向上的磁場(chǎng)無限長,而實(shí)際流量計❌的(de)線圈長度是(shi)有限的,并且(qie)爲了實現💃🏻流(liú)量計的小型(xing)化,總是希望(wang)勵磁線圈和(he)🛀測量管的長(zhang)度越短越好(hǎo)。這樣就會出(chū)🙇🏻現磁場邊緣(yuán)🌈效應,即磁場(chǎng)軸向長度對(duì)感應電動勢(shi)幅值和勵磁(ci)線圈兩端的(de)磁感應強度(du)不均勻。磁場(chǎng)中間部分大(dà)緻是均勻的(de),兩端則逐漸(jiàn)減弱,形成不(bú)⚽均勻的邊緣(yuan)❌,最後.下降👣爲(wei)零。使得液🌍體(tǐ)内部電場E也(ye)不均勻,産生(shēng)👄渦電流。由渦(wō)電流所産生(sheng)的二次磁通(tōng)反過來改變(bian)㊙️磁場邊緣部(bu)🌏分的工作磁(cí)通,使磁場的(de)均勻性進--步(bù)遭到破壞。這(zhè)時在電極.上(shang)測量到💔的感(gǎn)應電動勢與(yǔ)🎯無限長磁場(chang)下的感應電(dian)動勢不一樣(yàng),産生了誤差(chà)。理論分析表(biǎo)明,爲了減少(shao)邊緣效應🏃🏻,勵(lì)磁線圈的軸(zhou)👈向長度應爲(wei)測量管内徑(jìng)的1.4~1.52倍。這樣才(cai)可以使電極(ji).上産生的感(gan)應電動勢接(jiē)近于無限長(zhǎng)磁場的理論(lùn)計算值。
　　假如(ru)管壁是導電(diàn)的，磁場邊緣(yuán)效應更加明(ming)顯，從而導緻(zhi)♋電極.上感應(yīng)電動勢的損(sǔn)失增加,所以(yi)管壁通常要(yào)塗_上絕緣層(ceng)。假如介質的(de)電導率極高(gāo)(如液.态金屬(shǔ)),磁👈場邊緣區(qū)域兩側的磁(cí)場分别被削(xue)弱和增強。所(suǒ)以測量電導(dǎo)率高的介質(zhì)不宜用交流(liú)勵磁，而應用(yòng)直流勵🛀磁。若(ruò)被測介質中(zhōng)含有導磁性(xing)物質(鐵鑽、鎳(niè)之類),磁🐆場邊(biān)緣效應就更(geng)複雜。由于導(dǎo)磁📐性物質的(de)存在🈲，使磁場(chang)發生嚴重畸(ji)變,造🚩成測量(liang)的非線性。
3.3液(yè)體電導率影(yǐng)響
　　使用電磁(cí)流量計的前(qian)提條件是被(bei)測液體必須(xu)是導電的,不(bu)能低于阈值(zhi)(即下限值)。電(dian)導率低于阈(yù)值🐇會産生測(ce)😘量誤差直😘至(zhì)不能使用。通(tong)用型電磁流(liú)量計的阈值(zhí)在10-4~(5X10-6)s/cm之間。電磁(ci)流量計不适(shì)用于電導率(lǜ)很💔低的介質(zhi)🏃‍♂️的根本原因(yīn)在于傳感器(qi)與轉換器的(de)阻抗匹配問(wen)題。目前,轉換(huan)器的輸人阻(zǔ)抗一-般隻能(neng)達到100~200M,也就是(shi)說要保證0.1%的(de)傳輸精度傳(chuán)感器内阻Rs必(bi)須小于100~200KΩ。若電(diàn)極直徑0.01m,可得(de)到被測.介質(zhi)電導率的最(zui)低值⭕。
 
　　工業用(yong)水及其水溶(rong)液的電導率(lü)大于10-4s/cm,酸、堿、鹽(yán)液的電導率(lǜ)在10-4~10-1s/cm之間,使用(yong)不存在問題(ti)，低度蒸餾水(shui)爲10-5S/cm也📧不存在(zai)問題。石油制(zhi)品和有機溶(rong)劑電導率過(guò)低就✂️不能使(shǐ)用。對于氣體(tǐ)、蒸氣以及含(hán)大量氣泡的(de)液體就無法(fa):使用了。
3.4流體(tǐ)粘度、流體溫(wēn)度及環境溫(wēn)度影響
　　通常(chang)認爲電磁流(liu)量計所測體(ti)積流量不受(shòu)液體電導率(lü)(隻要🍉大🈲于某(mǒu)一阈值)、液體(ti)粘度、液體溫(wēn)度和環境溫(wen)度等參量的(de)影響。但實際(jì)應用中,流體(ti)粘度、流體溫(wēn)度👨‍❤️‍👨及環境溫(wen)度等或多或(huo)少對測量有(you)些影響。實驗(yan)研究表明，如(ru)果要求精度(du)較高,基本誤(wu)差小于🏃0.5%~1%,則液(yè)體粘度、液體(tǐ)溫度和環境(jìng)溫度的影響(xiǎng)就不可忽略(luè);如果要求測(cè)量精度不高(gao),可以忽略不(bu)計。
3.5流體含有(you)混入物影響(xiang)
　　電磁流量計(ji)在許多使用(yong)狀況下,被測(cè)流體中都會(huì)含有混人物(wu)。一般而言,混(hùn)人成泡狀流(liú)的微小油氣(qi)泡仍可正常(chang)工作,但測得(dé)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的是含油氣(qì)泡體積的混(hun).合體積流量(liàng);如果油氣體(tǐ)含量增加到(dào)形成彈狀流(liú)，因電極可能(néng)被氣體蓋住(zhu)使電路瞬間(jian)斷💋開,出現輸(shū)出晃動甚至(zhi)不能正常工(gong)作。
　　含有非鐵(tie)磁性顆粒或(huò)纖維的固液(ye)兩相流同樣(yang)可以測得其(qí)體積流量。固(gu)體含量較高(gāo)的流體,如鑽(zuàn)井😄泥漿、鑽探(tàn)固井水泥漿(jiāng)、紙👄漿等實際(jì)上已屬非牛(niu)頓🥵流體。由于(yu)固體在載體(ti)液中-.起流動(dong),兩者之間有(yǒu)滑📧動,速度上(shang)有差異,單☔相(xiang)流液體校驗(yàn)的儀表用于(yú)固液兩相流(liú)會産生誤差(chà)。雖然還未見(jian)到電磁流量(liang)計🔞應用于固(gù)液兩相流中(zhōng)固型物影響(xiǎng)的系統實驗(yàn)報告,但國外(wài)有報道稱固(gù)型物含量有(yǒu)14%時誤差在3%範(fàn)圍内。
3.6附着和(hé)沉澱影響
　　電(diàn)磁流量計使(shi)用時間長或(huò)者是用于測(ce)量易附着和(he)沉澱物❤️質的(de)流體時,會在(zài)管壁，上産生(sheng)附着層，若📱附(fu)着的是比液(ye)體電導率高(gāo)的導電物質(zhi),信号将被🌈短(duǎn)路不能工作(zuo),若是非導電(dian)物質則首先(xiān)應注意電極(ji)的污染。若附(fù)着于襯裏管(guan)璧層爲氧化(huà)鐵鏽層,或⛷️以(yǐ)金屬爲主✉️要(yào)成分的燃料(liào),其電導率大(da)于液體電導(dǎo)率,測得的流(liu)量值将比實(shi)際流量小;若(ruò)爲碳酸鈣等(děng)水垢層,其電(diàn)導率低于液(yè)體,測得的測(ce)量值将高于(yú)實際流量。若(ruo)附着🐉層電導(dǎo)率與液體🌐相(xiang)同,按上式計(ji)算附加🈲誤差(chà)爲零,但僅局(jú)限于附着層(ceng)厚度小的條(tiáo)件。此種情況(kuang)下,流通面積(jī)減小,但平均(jun)😄流速增加，二(er)者相互間可(ke)抵消。
3.7電極表(biao)面效應影響(xiang)
　　電極表面效(xiao)應分爲表面(miàn)化學反應、電(dian)化學和極.化(hua)🚶‍♀️現🔞象以及電(diàn)極的觸媒作(zuo)用三方面。化(hua)學反應效應(ying)如電極表面(miàn)與被測介質(zhì)接觸後,形成(cheng)鈍化膜或氧(yang)化層。它們對(dui)耐💜腐蝕性能(neng)起到積極的(de)保護作用,但(dàn)🏒也可能增加(jiā)接觸電阻。電(diàn)化學🎯電勢變(biàn)化🔱和極化現(xian).象會産生幹(gan)擾電勢而形(xing)成噪聲。漿液(ye)㊙️噪聲和流動(dòng)噪聲即是電(diàn)極表面噪聲(sheng)的表現。漿液(ye)噪聲是🐕在測(cè)量泥漿纖維(wei)等液固兩相(xiàng)流時，固體顆(kē)粒(或液體中(zhōng)的氣泡)擦過(guò)電極表🌂面,電(dian)極表面接觸(chù)電🈲化學電勢(shì)突然變化,輸(shū)出流量信号(hào)出現尖峰脈(mò)沖狀噪聲。流(liu)🐪體噪聲是在(zài)測量☀️較低電(dian)導率液體流(liú)量時,電極的(de)電化學電勢(shi)定期變化，産(chǎn)㊙️生随流速增(zeng)加而頻率增(zeng)加的随機噪(zao)聲,引起儀表(biao)輸出出現波(bo)動現象。極化(huà)🍉電勢是電感(gan)生電動勢在(zài)兩電極☔極性(xìng)✨不⭐同,導緻電(diàn)解質在電極(jí)表面産生極(ji)化。雖然交變(biàn)勵磁将極化(huà)電勢減弱了(le)幾個數量級(ji),但不能完全(quan)消除極化電(diàn)勢幹擾的影(yǐng)響。極化電勢(shi)和液體介質(zhì)性質以及電(dian)極材料性質(zhi)有關。
3.8變壓器(qì)效應影響
　　電(diàn)磁流量計的(de)兩個電極、輸(shu)入輸出回路(lù)和介質一👅起(qǐ)構成了⁉️一❓個(gè)閉合回路。勵(li)磁線圈相當(dāng)于變壓器的(de)初級線圈,該(gāi)閉合回路相(xiang)當于次級線(xian)圈。這個次❤️級(ji)線圈不可能(neng)與勵磁磁力(li)線完全平行(háng)，總有一部分(fen)交變的🐕磁力(li)線穿過該閉(bì)合回路平面(mian),形成了所📐謂(wei)的“變壓器效(xiao)應”。幹擾電動(dòng)勢e,,根據楞次(ci)定律得:
 
　　可見(jiàn)e1與勵磁電源(yuan)頻率有關,而(ér)與流量大小(xiǎo)和傳感🐇器口(kou)徑無關。降低(di)勵磁電源頻(pin)率可減小這(zhè)種幹擾。
4結論(lùn)
　　在石油開發(fā)中,測井是一(yi)個非常重要(yào)的環節，測井(jǐng)儀器🤟是石㊙️油(you)測井使用的(de)專業測量器(qi)具,直接影響(xiang)💃油井的測量(liang)結果，在油田(tian)後期開發難(nán)度不斷加大(dà)🔞情況下,積極(ji)應用測井新(xin)設備、新技術(shù)是提高測井(jing)♍成功率的有(yǒu)效途徑,在測(cè)井實際工作(zuò)中💯盡量規避(bì)電磁流量的(de)影響因素,爲(wèi)🏃🏻油田後期高(gāo)效開發提供(gòng)的技術支撐(chēng)。

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