内流式电磁流量计在水平井油水两相流中应用

摘要：为确定内流式电磁流量计在水平井中测量油水两相流流量的效果，采用集流的方式在油水两相流模拟井水平井中进行了流量测量及标定。实验结果表明，在集流的条件下，高流量、高含水率时，内流式电磁流量计的流量测量结果不受含水率变化的影响，并与清水中的标定结果无明显差别；流量较低时，用清水中的标定结果计算油水两相流流量误差大，可以采取分流的方法减小误差并拓宽流量测量下限。另外，目前的两电极内流式电磁流量计在水平井中进行测量时，测量结果不受测量电极所处位置的影响。结果表明，可以采用集流式内流式电磁流量计进行水平井油水两相流流量的测量，测量结果准确可靠。
水平井中油水两相流流量测量时常采用涡轮流量计，其测量误差为±5%。由于进行水平井测井时测井仪器工作时间较长，测井工艺复杂，测量环境恶劣[1]，常常导致涡轮叶片被卡，影响测井成功率。而重新更换仪器时间长，工作量大，因此，提高水平井测井成功率具有重要的意义。
电磁法测量流体流量广泛应用于油田注水井、注聚井的注入剖面测井中，仪器工作稳定，测量数据重复性好，测量结果准确可靠[2-3]。采用集流方式的内流式电磁流量计在垂直管流中测量油水两相流流量的方法已进行模拟井，并进行了数值仿真和理论上的测量机理，也进行了现场应用。现场应用表明，电磁法在集流的条件下可以应用于垂直管流中测量高含水率下的油水两相流流量[7]。在高流量、高含水率的垂直井中进行流量测量时，用集流方式的内流式电磁流量计在清水中的标定结果来计算油水两相流中的流量，其误差在±5%以内。现场应用试验显示，电磁法测量高含水油井的流量具有重复性好、结果准确可靠的优点，且因无可动部件而避免了砂卡问题的发生，显著提高了测井成功率，因此进行电磁法测量水平管流油水两相流流量的实验研究尤为重要。模拟井实验研究及水平井现场应用结果表明，可以采用内流式电磁流量计进行油水两相流流量的测量，测量结果准确可靠，在水平井测井时可作为涡轮流量计测量的补充方法以提高测井成功率。
1实验样机及传感器结构
实验样机采用集流的测量方式和内流式电磁流量传感器。仪器的结构及工作原理如图1所示，仪器自上而下为出液口、电磁流量传感器、伞式集流器。测量工艺为：仪器到达测量点后，撑开集流器，密封仪器与套管之间的环形空间，使得油水两相混合流体由进液口流入，流经电磁流量传感器，电磁流量传感器随流量不同有相应的频率输出，油水混合流体经电磁流量传感器检测后由出液口流出，完成流量测量。

　　传感器由2个发射磁极和2个测量（接收）电极构成（图2），由内向外分别为绝缘内衬、金属内壁、液压油、金属外壁。2个测量接收电极与2个发射磁极在圆周上相互垂直均匀分布，接收电极镶嵌在绝缘内衬壁上，直接接触测量流体。磁极由磁芯和线圈两部分组成，即在每个磁极磁芯的外侧均包裹一层线圈，用来产生交变磁场，当导电流体从流道内流过时将切割磁力线产生感应电动势。

2模拟井实验及结果
为明确集流条件下内流式电磁流量计在水平管流油水两相流中的响应规律，，实验所用集流器为布伞集流器，流量点为0、5、10、……、300m3/d，各流量下含水率调节为50%～100%，含水率间隔10%。同时进行了测量流体分流实验和传感器测量电极处于不同位置。
2.1水平条件下的室内模拟井实验及结果
图4为该仪器在油水两相流中测量流量的相对误差（相对误差即为标准流量与测量流量之差与标准流量的百分比）分布情况。相对误差越小，仪器测量精度越高[8]。从图3可以看出，在流量相同的情况下，当含水率高于70%时，仪器响应频率基本一致，表明在该实验条件下，当流量高于20m3/d、含水率高于70%时，伞集流内流式电磁流量计在水平井筒中油水两相情况下标定结果与含水率无关，并与清水中标定结果基本一致。从图4可以看出，当含水率高于80%、流量大于150m3/d时，测量相对误差在±5%以内。当含水率高于60%、流量大于40m3/d时，测量相对误差在±10%以内。分析图3、图4表明，集流条件下，可以考虑使用内流式电磁流量计进行水平井中油水两相流流量的测量。当流量低于40m3/d时，流量测量误差大，超过±10%。为满足水平井的测试需要，必须采取措施减小集流式内流式电磁流量计的测量误差。

2.2分流情况下实验及结果
为减小低流量时的测量误差，改善低流量时的测量效果，采取了在布伞集流器上部位置打孔分流流量的方法[9]，通过打孔使分流流量达到20%[10]，分流使聚集在伞跟部的油漏失一部分，从而有效提高流过传感器的含水率。流道内含水率高有利于仪器更好地进行测量。图5为水平井筒中1#仪器采取分流流量方法在油水两相流中进行测量的相对误差分布情况。从图5可以看出，当含水率高于80%、流量大于40m3/d时，测量相对误差在±5%以内。对比图4和图5可以发现：在含水率高于80%、测量误差在±5%以内时，流量测量下限由原来的150m3/d降低到40m3/d，明显拓宽了流量测量下限，仪器可应用的测量范围更广泛；分流后在流量大于40m3/d时测量相对误差由原来的±10%减小到±5%，显著降低了测量误差。可见，采取分流的方法拓宽了流量测量下限并减小了测量误差，分流测量方法是可行的。

2.3测量电极处于位置不同的实验及结果
集流型内流式电磁流量计采用2个测量电极的结构，2个测量电极与2个发射磁极在圆周上相互垂直均匀分布。实际测井时，测量电极和磁极的位置在周向上是随机且无法控制的。水平井中油水两相流动形态复杂[11]，分别将测量电极在水平管流中以纵向排列和水平排列位置进行设置，来确定测量电极在水平管流中所处位置对测量结果的影响（图6）。从图6可以看出，在相同流量及含水率下，测量电极纵向排列（c）设置与水平（s）设置测量得到的数据点基本重合，表明内流式电磁流量计测量结果不受测量电极在水平管流中所处位置的影响。

3现场应用试验
利用伞式集流内流式电磁流量计在冀东油田的庙XX平7井进行了水平井测井现场试验，该井采用筛管完井，井段为2079.58～2240.28m，有效长度160.7m，深度2247.08m，套管直径177.8mm，人工井底2244.8m，造斜点1680.12m。测试前正常生产时产液量46.06m3/d，含水率99％。
庙XX-平7井为机采水平井，在日常生产条件下没有测试通道，无法开展测试。为了实现产出剖面测试，给ACP堵水提供可靠的资料，在测试时改变举升生产工艺，采用气举举升方式模拟水平井正常生产条件，从而实现分段流量测试。
图7、图8分别为该井在2087m、2127m深度处的流量点测试结果。从图7、图8可以看出，在进行流量测试过程中，仪器输出频率波动较小，表明仪器工作状态较好，并且井的产液量较稳定。表1为该井的测井解释成果。表1显示在2110～2160层段，分层产液量为21.2m3/d，占全井产液的49.7%，结合井温测井资料可以确定该层为主产液层。冀东油田采取了ACP堵水作业后该井增油1m3/d，增油效果明显。

　　伞式集流内流式电磁流量计可以应用于水平井进行油水两相流流量的测量，利用伞式集流内流式电磁流量计测试结果可以准确确定主产液层，为油田挖潜改造提供可靠数据。
4结论
（1）在集流的条件下，采用内流式内流式电磁流量计在水平井油水两相流中测量，当流量高于20m3/d、含水率高于70%时，内流式电磁流量计仪器响应不受含水率变化影响，并与清水中仪器响应基本无差别。另外，内流式电磁流量计测量结果不受测量电极在水平管流中所处位置的影响。
（2）对于测量上限为300m3/d的仪器，在含水率高于80%的情况下，测量误差在±5%以内时，分流后流量测量下限由原来的150m3/d降低到40m3/d；在流量大于40m3/d时，测量相对误差由原来的±10%提高到±5%。采取分流流量的方法可以改善测量效果并拓宽流量测量下限。
（3）应用集流式内流式电磁流量计进行水平井油水两相流流量测量，为油田挖潜改造提供可靠数据。