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        電磁流量計

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        電磁流量計在聚合物井下流量測量技術應用分析

        來源:作者:發表時間:2021-10-15 11:03:18

                聚合物是非牛頓流體,非牛頓流體的永置式測量是聚驅分注井智能測調技術的核心技術之一。分層注水井應用的井下永置式流量計主要有渦街、電磁、壓差和超聲波等[14-15]。壓差流量計通過節流壓差來計算流量,壓差會帶來黏度損失,不適合聚合物流量測量。渦街流量計的流量測試要求雷諾數在 5×103 ~ 7×104 范圍內,其中雷諾數 2×104 ~ 7×106范圍時線性度很好。而渦街流量計用于井下聚合物測量時,利用目前常用聚合物黏度計算,聚合物雷諾數小于 5 000。因此,井下渦街流量計不能完全適用于聚合物環境,室內試驗也驗證了這一結果。

         
               電磁流量計工作原理是依據法拉第電磁感應定律測量導電液體流量,不同流量在磁場中產生不同感應電動式。從原理上看,電磁流量計適用于聚合物流量測量,因為電磁流量計是一種流速式測量方式。根據井下實際工況,本文介紹兩種井下電磁流量計: 一種是中心通道式電磁流量計,內通徑為46 mm,每一層的流量通過逐層遞減獲得。這種流量計的優勢是適用流量范圍寬,不易堵塞; 缺點是獲取單層流量需要逐層遞減,會損失一些精度,特別是小流量; 另外一種是小直徑電磁流量計,直徑為12 mm,保證了中心 46 mm 的條件下實現了分層聚合物流量的直接測試。第二種流量計的優勢是能實現單層直接測試,保證中心通道,且測試精度高。
         
        針對渦街流量計、中心通道電磁流量計、小直徑電磁流量計開展了地面試驗,試驗介質 1 900 萬分子量、1 500 mg /L 聚合物。具體試驗過程如下:將三種流量計串聯在一個管路,從 5 ~ 80 m3 /d 改變流程基準流量,觀察流量計測試結果。
         
        將流量計測試結果與試驗流程基準流量進行對比,得出如下結論: ( 1) 渦街流量計與理論分析一致,不適用于聚合物流量測量,試驗結果如圖 3 所示,試驗流程流量變化時,渦街流量計讀數不跟隨變化。
        渦街流量計室內試驗流量變化曲線
         2) 中心通道電磁流量計適用于聚合物流量測量,量程寬,在 10 m3 /d 以上能保持較高的精度,測試精度如圖 4 所示。
        46 mm 中心通道電磁流量計聚合物流量測試 誤差曲線
        在 10 m3 /d 以上條件下,聚合物測試精度±5%以內,在 10 m3 /d 以下時,聚合物測試誤差在 20%以 內。同時,通過試驗發現,在水中標定的流量計直接用于聚合物測量時,總體測量值偏小,需要二次標定,如圖 5 所示。
        中心通道電磁流量計測試誤差對比( 水、聚合物)
        紅線右側是水環境下的標定結果,測試誤差都在±5%以內。標定后的中心通道電磁流量計直接用于聚合物測量時,最大測試誤差將近 25%,需要在聚合物環境下進行二次標定。 
         
        ( 3) 小直徑電磁流量計內通徑對聚合物流量范圍影響大,小直徑電磁流量計測量聚合物量程遠小于水介質。室內試驗表明,內通徑12 mm 電磁流量計在聚合物條件下的測試范圍 5 ~ 30 m3 /d,超過 30 m3 /d后流量波動明顯,但是平均值與實際值吻合度較高,試驗曲線如圖 6 所示。
        水介質 頻率小直徑電磁流量計不同介質標定曲線
         
        圖 6a 為水介質標定曲線,線性度較好,在 0 ~ 120 m3 /d 范圍內都能保持較好的線性度; 而圖 6b為聚合物標定曲線,在小流量處吻合較好。但是超過 30 m3 /d 后出現較大偏差。可以看出,小直徑電磁流量雖然可以保持較好的精度,但是目前仍存在量程小的問題,需要下一步攻關解決。 
         
        1. 2 分層注聚高效低黏損水嘴
        為實現分層注聚井在線高效測調,借鑒于九政等[16]和尤波等[17]的研究成果,設計試驗了一種間隙連續可調的高效低黏損分層注聚用高效水嘴結構。相對于傳統糖葫蘆串結構,通過調節間隙實現流量調節,調節行程更短,測調效率更高。整個流量控制系統由水嘴和聚合物嘴組成,可以實現注水調節、注聚調節和全關坐封等功能。
         
        在室內利用 1 900 萬分子量,1 500 mg /L 濃度聚合物進行試驗,試驗流程如圖 7 所示。
        分層注聚高效低黏損水嘴室內試驗流程圖
        在配置單元完成所需分子量和濃度的聚合物配注,通過基準流量計和智能配注器的水嘴回到廢棄液單元。在智能配注器可調水嘴前后分別安裝取樣器接口,試驗過程用取樣器進行現場取樣,試驗結果: 60 m3 /d 聚合物流量,產生壓差 1. 5 MPa,黏度損失能控制在 7. 2%; 全開狀態下,60 m3 /d 聚合物流量條件下產生 0. 1 MPa 壓差,黏度損失 2. 3%,壓差和黏度指標符合現場應用要求。 
         
        2 現場應用情況
        智能分層注聚測調技術在現場應用 6 口井。以大慶油田 X 井為例,該井為直井,分三級三段注聚, 139. 7 mm 套管,73 mm 油管,人工井底1 187. 37 m,全井配注量為 50 m3 /d,井口壓力 11 ~ 13 MPa,一體化配注器采用 12 mm 小直徑電磁流量計。現場施工前,采用濃度為 1 250 mg /L、分子量為 1 900 萬的聚合物對一體化配注器配套電磁流量計進行測試和標定,測試聚合物采用清水稀釋,流量測試結果如圖 8 所示,具體數值見表 1。
        電磁流量計室內測試相關數據
        在 30 m3 /d 以下,電磁流量計測試結果比較平穩,而且流量越小測量越穩定。而在 33 m3 /d 流量位置,電磁流量計波動較大,無法保持精確度。隨著更大的流量值,電磁流量計測量結果波動更大。目前這種小直徑單層直接測量的電磁流量計量程范圍較窄( 5~30 m3 /d) ,僅適用于單層流量小于 30 m3 /d 的應用。
         
        試驗井完井后,按照配注方案,利用地面控制系統對井下單層注入量進行了測試和調配。以很好層段為例,實時測試曲線如圖 9 所示。實時監測的很好層段嘴前壓力平均值為 22. 04 MPa、嘴后壓力平均值為 21. 00 MPa,很好層段的注入量平均值約為 15. 0 m3 /d,最 大 值 為 17. 6 m3 /d,最 小 值 為10. 2 m3 /d,測試誤差為-32. 0% ~17. 3%。
        很好層段井下注入參數測試曲線
        從測試結果可以看出,注入井的壓力比較穩定,層段吸水性能較好。井口流量無波動時,井下電磁流 量 計 測 試 出 的 注 入 量 曲 線 波 動 較 大,但 45 min內的注入量平均值滿足配注要求。流量測試結果出現無規律波動,且和室內試驗結果差別較大的原因為: ( 1) 稀釋液采用污水時與采用清水稀釋時配備的聚合物性質不完全相同,室內標定的流量計在現場測試不同性質的非牛頓流體時,出現了較大誤差。( 2) 現場配備的聚合物并不是完全均勻的流體,在聚合物流經流量計時可能造成切割流量計磁力線產生的電壓出現較大波動。( 3) 為了實現實時連續監測,智能分層注聚測調工藝的井下采樣頻率為 1 點/5 s,在聚合物不完全均勻時,較高的采樣頻率導致流量測試數據波動較大。 
         
        3 結論
        ( 1) 分層注聚井智能測調技術開啟了聚驅分注的數字化和智能化,井下智能配注器對分層段壓力和流量實時監測,監測數據通過電纜上傳到地面控制系統,控制系統依據實時層段流量和配注方案對層段注入量進行低黏損調整,保證分層注聚全過程的分注合格率,獲取的井下壓力和流量參數為聚驅開發方案優化提供了數據支撐。 
        ( 2) 該項技術尚處于起步階段,目前仍然存在如下問題亟待解決: ①井下永置式流量計不成熟,中心通道電磁流量計量程小對小流量測試誤差大; ②水聚驅一體化水嘴實現了注水和注聚的切換,但是無法實現分質分壓注入; ③井下聚合物濃度和黏度無法測量,無法為聚合物濃度和黏度的精確配置提供直接依據。 
        ( 3) 下步將重點開展井下寬量程、高精度永置式聚合物流量測量技術、高壓差、低黏損水聚驅一體化控制技術及井口和井下聚合物溶液濃黏度檢測技術研究工作,進一步提高技術實用性,拓寬技術適用范圍。
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