[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)成分又非常復雜,因此應根據(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用。
2工作原理
電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律的原理來測量導電液體體積流量的儀器。根據(jù)法拉第電磁感應定律,當一導體在磁場中運動切割磁力線時,在導體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e,其方向由.右手定則確定,其大小與磁感應強度B,導體在磁場內(nèi)的長度L以及導體的運動速度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)流動的導電液體看成是導體運動,當管道置于磁場內(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，當導電液體在管道中以流速v流動時，導電流體就切割磁力線,則兩電極之間也將產(chǎn)生感應電動勢:E=BLv
L為電極之間的距離。
從式(1)可以看出,流速v與感應電動勢E成正比,與電極之間的距離L和磁感應強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。在磁感應強度B恒定和電極之間的距離L不變時,只要測量出感應電動勢E,即可得到液體流速及流量。
3電極設(shè)計要點
3.1導電性和非導磁性
通過電磁流量計的工作原理可知電極上要產(chǎn)生感應電動勢,首先電極必須是導體,因此電極必須具有非常好的導電性能。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,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
電極的表面效應分為表面化學反應、電化學和極化現(xiàn)象,以及電極的觸媒作用三個方面。
(1)表面化學反應。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,導致儀器不能正常工作。
(2)電化學和極化現(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)生化學反應而影響測量。
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井下應用環(huán)境分析
4.1注水驅(qū)油
注水驅(qū)油是油田應用時間最早，也是應用最多的-.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)境復雜，導致注水井中液體的成分很復雜。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化學復合驅(qū)油
化學復合驅(qū)油又叫三元復合驅(qū)油,主要利用堿.表面活性劑和聚合物的協(xié)同效應.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,同時對油田井下應用環(huán)境進行了簡單的介紹,對于油田井下環(huán)境中應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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