[摘要]油田井下外流道式電磁流量計在油田注水井和注聚井中應(yīng)用廣泛，電極作為電磁流量計的關(guān)鍵部件,它的設(shè)計非常重要。電極的設(shè)計要考慮的方面非常多,而油田井下被測介質(zhì)成分又非常復(fù)雜,因此應(yīng)根據(jù)具體的井下被測介質(zhì)成分通過試驗來確定與之相匹配的電極材料。
1引言
油田開發(fā)后期,為了提高石油采收率，普遍采用了注水,注聚合物等采油工藝措施。在實施這些工藝措施的過程中，注入物多少(流量)的控制非常重要,注入物流量測量的精度是油田完成分層注水(聚合物)、實現(xiàn)原油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)非常重要的指標。外流道式井下電磁流量計由于結(jié)構(gòu)上無阻礙被測介質(zhì)流動的節(jié)流件,不會發(fā)生管道堵塞、磨損等問題.測試正確率基本不受流體密度、壓力.溫度、粘度、雷諾數(shù)等的影響,在油田注水井特別是注聚井中得到廣泛的應(yīng)用。
2工作原理
電磁流量計是利用法拉第電磁感應(yīng)定律的原理來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀器。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時,在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e,其方向由.右手定則確定,其大小與磁感應(yīng)強度B,導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L以及導(dǎo)體的運動速度v成正比，如果B,L,v三者互相垂直,則。與此相仿,我們把管道內(nèi)流動的導(dǎo)電液體看成是導(dǎo)體運動,當(dāng)管道置于磁場內(nèi),在垂直于磁場方向和流速方向安裝兩個與液體接觸的電極，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線,則兩電極之間也將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢:E=BLv
L為電極之間的距離。
從式(1)可以看出,流速v與感應(yīng)電動勢E成正比,與電極之間的距離L和磁感應(yīng)強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。在磁感應(yīng)強度B恒定和電極之間的距離L不變時,只要測量出感應(yīng)電動勢E,即可得到液體流速及流量。
3電極設(shè)計要點
3.1導(dǎo)電性和非導(dǎo)磁性
通過電磁流量計的工作原理可知電極上要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,首先電極必須是導(dǎo)體,因此電極必須具有非常好的導(dǎo)電性能。另外,電極處于工作磁場中,為防止磁力線在電極上集中,電極材料必須是非導(dǎo)磁的。
3.2耐腐蝕性
在電磁流量計工作的過程中,電磁傳感器部分只有電極與被測介質(zhì)相接觸,因此電極材料的耐腐蝕性能是選擇電極材料的重要因素。
電極的耐腐蝕性能對測試性能的影響主要分為兩個方面。
(1)電極受被測介質(zhì)的腐蝕或磨損,會改變兩電極間的距離L。對式的L求偏導(dǎo),可以得到測量誤差
(2)電極在被腐蝕的過程中,電極上會出現(xiàn)相當(dāng)大的直流漂移電壓,使測量輸出產(chǎn)生大幅度的波動,影響到測試的讀數(shù)。
3.3電極的表面效應(yīng)
電極的表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象,以及電極的觸媒作用三個方面。
(1)表面化學(xué)反應(yīng)。電極表面與被測介質(zhì)接觸后,為了抗拒被測介質(zhì)的腐蝕,往往會形成一層薄的鈍化膜或氧化層。它們可能會提高電極表面的耐腐蝕性能,但也有可能增加表面接觸電阻,導(dǎo)致儀器不能正常工作。
(2)電化學(xué)和極化現(xiàn)象。由于目前普遍采用低頻矩形波勵磁,雖然能減弱極化電勢的影響,但并不能完全消除極化電勢干擾的影響。極化電勢與液體介質(zhì)性質(zhì)以及電極材料性質(zhì)有關(guān)。電化學(xué)現(xiàn)象容易在測量過程中產(chǎn)生漿液噪聲和流動噪聲,引起儀表輸出出現(xiàn)波動現(xiàn)象。為了避免或減小這個現(xiàn)象，可選配與被測液體電化學(xué)和極化電勢作用小的材料以及低噪聲電極。
(3)觸媒作用。被測介質(zhì)在電極的觸媒作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而影響測量。
3.4電極的表面光沽度
電極接觸被測介質(zhì)的表面對于粗糙度要求非常高,一般都應(yīng)該拋光處理。主要原因有三個方面:表面光滑的金屬在電解質(zhì)中抗腐蝕性能較強;表面粗糙的金屬,其產(chǎn)生的抗拒極化的氧化保護膜厚度不均勻,容易被顆粒狀、纖維狀等流體中的雜質(zhì)劃破，造成變動的直流電位,影響測量的穩(wěn)定性;表面粗糙的電極容易在測試過程中被被測介質(zhì)中的雜質(zhì)污染,表面容易被雜質(zhì)附著結(jié)垢，影響測試效果。
4井下應(yīng)用環(huán)境分析
4.1注水驅(qū)油
注水驅(qū)油是油田應(yīng)用時間最早，也是應(yīng)用最多的-.種提高石油采收率的方式。理論上往井下注人的水的水質(zhì)比較好,但是由于井下環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致注水井中液體的成分很復(fù)雜。除了水之外,在高溫高壓的過程中還溶解了地層中的各種鹽類和氣體,水中含有大量HCO3、S02-4.C和CO2-、Mg2+.Sr2+,Ba2+等易結(jié)垢的離子。同時水中還含有大量的懸浮的固體顆粒，直徑為1~100um。
4.2注聚合物驅(qū)油
聚合物驅(qū)油的基本原理是通過提高注人流體的黏度,調(diào)節(jié)油藏中油水兩相的流度比,達到擴大波及體積的目的。聚合物驅(qū)油用到的主要聚合物為聚丙烯酰胺(簡稱PAM)、生物聚合物(黃胞.膠)和梳形抗鹽聚合物(改性的聚丙烯酰胺)。
4.3化學(xué)復(fù)合驅(qū)油
化學(xué)復(fù)合驅(qū)油又叫三元復(fù)合驅(qū)油,主要利用堿.表面活性劑和聚合物的協(xié)同效應(yīng).較大幅度地提高原油采收率。其中三元體系中的堿和表面活性劑均屬于特殊的腐蝕性介質(zhì)。
5結(jié)論
油田井下外流道式電磁流量計電極的設(shè)計要考慮的因素非常多,需要根據(jù)具體的井下應(yīng)用環(huán)境來確定。文中對電磁流量計電極設(shè)計中需要注意的地方進行了詳細的分析和論述,同時對油田井下應(yīng)用環(huán)境進行了簡單的介紹,對于油田井下環(huán)境中應(yīng)用的外流道式電磁流量計電極的設(shè)計具有一定的參考意義。
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