水平井中油水兩相流流量測量時(shí)常采用渦輪流量計(jì)，其測量誤差為±5%。由于進(jìn)行水平井測井時(shí)測井儀器工作時(shí)間較長，測井工藝復(fù)雜，測量環(huán)境惡劣[1]，常常導(dǎo)致渦輪葉片被卡，影響測井成功率。

 

而重新更換儀器時(shí)間長，工作量大，因此，提高水平井測井成功率具有重要的意義。電磁法測量流體流量廣泛應(yīng)用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中，儀器工作穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)重復(fù)性好，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2-3]。采用集流方式的電磁流量計(jì)在垂直管流中測量油水兩相流流量的方法已進(jìn)行模擬井實(shí)驗(yàn)研究，并進(jìn)行了數(shù)值仿真研究[4-5]和理論上的測量機(jī)理研究[6]，也進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。模擬井實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)表明，電磁法在集流的條件下可以應(yīng)用于垂直管流中測量高含水率下的油水兩相流流量[7]。在高流量、高含水率的垂直井中進(jìn)行流量測量時(shí)，用集流方式的電磁流量計(jì)在清水中的標(biāo)定結(jié)果來計(jì)算油水兩相流中的流量，其誤差在±5%以內(nèi)。現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)顯示，電磁法測量高含水油井的流量具有重復(fù)性好、結(jié)果準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，且因無可動(dòng)部件而避免了砂卡問題的發(fā)生，顯著提高了測井成功率，因此進(jìn)行電磁法測量水平管流油水兩相流流量的實(shí)驗(yàn)研究尤為重要。模擬井實(shí)驗(yàn)研究及水平井現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，可以采用電磁流量計(jì)進(jìn)行油水兩相流流量的測量，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在水平井測井時(shí)可作為渦輪流量計(jì)測量的補(bǔ)充方法以提高測井成功率。

 

1實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及傳感器結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用集流的測量方式和內(nèi)流式電磁流量傳感器。儀器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示，儀器自上而下為出液口、電磁流量傳感器、傘式集流器。測量工藝為：儀器到達(dá)測量點(diǎn)后，撐開集流器，密封儀器與套管之間的環(huán)形空間，使得油水兩相混合流體由進(jìn)液口流入，流經(jīng)電磁流量傳感器，電磁流量傳感器隨流量不同有相應(yīng)的頻率輸出，油水混合流體經(jīng)電磁流量傳感器檢測后由出液口流出，完成流量測量。

傳感器由2個(gè)發(fā)射磁極和2個(gè)測量（接收）電極構(gòu)成（圖2），由內(nèi)向外分別為絕緣內(nèi)襯、金屬內(nèi)壁、液壓油、金屬外壁。2個(gè)測量接收電極與2個(gè)發(fā)射磁極在圓周上相互垂直均勻分布，接收電極鑲嵌在絕緣內(nèi)襯壁上，直接接觸測量流體。磁極由磁芯和線圈兩部分組成，即在每個(gè)磁極磁芯的外側(cè)均包裹一層線圈，用來產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)導(dǎo)電流體從流道內(nèi)流過時(shí)將切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。

2模擬井實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

為明確集流條件下電磁流量計(jì)在水平管流油水兩相流中的響應(yīng)規(guī)律，在模擬井進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)所用集流器為布傘集流器，流量點(diǎn)為0、5、10、……、300m3/d，各流量下含水率調(diào)節(jié)為50%~100%，含水率間隔10%。同時(shí)進(jìn)行了測量流體分流實(shí)驗(yàn)和傳感器測量電極處于不同位置的測量實(shí)驗(yàn)。

 

2.1水平條件下的室內(nèi)模擬井實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

 

圖3為1#儀器（測量上限300m3/d）在實(shí)驗(yàn)室水平井筒中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖4為該儀器在油水兩相流中測量流量的相對誤差（相對誤差即為標(biāo)準(zhǔn)流量與測量流量之差與標(biāo)準(zhǔn)流量的百分比）分布情況。相對誤差越小，儀器測量準(zhǔn)確度越高[8]。從圖3可以看出，在流量相同的情況下，當(dāng)含水率高于70%時(shí)，儀器響應(yīng)頻率基本一致，表明在該實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)流量高于20m3/d、含水率高于70%時(shí)，傘集流電磁流量計(jì)在水平井筒中油水兩相情況下標(biāo)定結(jié)果與含水率無關(guān)，并與清水中標(biāo)定結(jié)果基本一致。從圖4可以看出，當(dāng)含水率高于80%、流量大于150m3/d時(shí)，測量相對誤差在±5%以內(nèi)。當(dāng)含水率高于60%、流量大于40m3/d時(shí)，測量相對誤差在±10%以內(nèi)。分析圖3、圖4表明，集流條件下，可以考慮使用電磁流量計(jì)進(jìn)行水平井中油水兩相流流量的測量。當(dāng)流量低于40m3/d時(shí)，流量測量誤差大，超過±10%。為滿足水平井的測試需要，必須采取措施減小集流式電磁流量計(jì)的測量誤差。

2.3測量電極處于位置不同的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

集流型電磁流量計(jì)采用2個(gè)測量電極的結(jié)構(gòu)，2個(gè)測量電極與2個(gè)發(fā)射磁極在圓周上相互垂直均勻分布。實(shí)際測井時(shí)，測量電極和磁極的位置在周向上是隨機(jī)且無法控制的。水平井中油水兩相流動(dòng)形態(tài)復(fù)雜[11]，分別將測量電極在水平管流中以縱向排列和水平排列位置進(jìn)行設(shè)置，來確定測量電極在水平管流中所處位置對測量結(jié)果的影響（圖6）。

從圖6可以看出，在相同流量及含水率下，測量電極縱向排列（c）設(shè)置與水平（s）設(shè)置測量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)基本重合，表明電磁流量計(jì)測量結(jié)果不受測量電極在水平管流中所處位置的影響。

 

4結(jié)論

（1）在集流的條件下，采用內(nèi)流式電磁流量計(jì)在水平井油水兩相流中測量，當(dāng)流量高于20m3/d、含水率高于70%時(shí)，仕樂克電磁流量計(jì)儀器響應(yīng)不受含水率變化影響，并與清水中儀器響應(yīng)基本無差別。另外，電磁流量計(jì)測量結(jié)果不受測量電極在水平管流中所處位置的影響。

（2）對于測量上限為300m3/d的儀器，在含水率高于80%的情況下，測量誤差在±5%以內(nèi)時(shí)，分流后流量測量下限由原來的150m3/d降低到40m3/d；在流量大于40m3/d時(shí)，測量相對誤差由原來的±10%提高到±5%。采取分流流量的方法可以改善測量效果并拓寬流量測量下限。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，可以應(yīng)用集流式電磁流量計(jì)進(jìn)行水平井油水兩相流流量測量，為油田挖潛改造提供可靠數(shù)據(jù)。